JPH05303097A - 光弁装置とその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光弁装置で、配向膜形成後配向膜の配向性に
影響を与えず、スペーサ選択的位置に形成する。 【構成】 液晶配向層が形成された対向する第一の基板
と第二の基板基板の間に液晶層が配置されており、該第
一の基板と第二の基板の少なくとも第一の基板には凹凸
が設けられており、該凹凸の凸部で第二の基板の表面に
接触している光弁装置において、少なくとも凹凸を設け
た基板の液晶配向膜が無機材料で形成されており、該凹
凸の構造は有機材料で形成されている。 【効果】 数十ミクロン以下の微細な画素においても表
示品質がスペーサで劣化しない光弁装置が実現できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、直視型表示装置や投
影型表示装置に用いられる平板型光弁装置に関する。よ
り詳しくは、半導体薄膜に駆動回路が形成された集積回
路を液晶パネルとして一体的に組み込んだ光弁装置例え
ばアクティブマトリクス液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】アクティブマトリクス液晶表示装置の原
理は至って簡単であり、各画素にスイッチ素子を設け、
特定の画素を選択する場合には対応するスイッチ素子を
導通させ、非選択時においてはスイッチ素子を非導通状
態にしておくものである。このスイッチ素子は液晶パネ
ルを構成するガラス基板上に形成されている。従ってス
イッチ素子の薄膜化技術が重要である。この素子として
通常薄膜トランジスタが用いられている。

【０００３】従来アクティブマトリクス装置において
は、図４の模式的断面図に示すごとく、基板１４は例え
ばガラス、石英などからなる担体層１５と、その上に形
成された、非晶質シリコン薄膜あるいは多結晶シリコン
薄膜からなる薄膜トランジスタ１６と、薄膜トランジス
タ１６と接続された画素駆動電極１７と、ポリイミドな
どの有機膜からなる配向膜１８とからなり、基板１４の
上にはファイバー状あるいは球状のスペーサ１９が散布
されている。対向する第二の基板２０の基板１４と対向
する面上にも液晶駆動電極２１と配向膜２２が形成され
ており、基板１４と基板２０の間には液晶２３が狭持さ
れている。また、基板１４と基板２０を挟んで偏光板２
４と２５が配置されている。液晶１９は基板１４あるい
は基板２０と接する界面において配向膜１８あるいは２
２の作用により配向膜で規定される配向方向に配向す
る。

【０００４】通常のＴＮ型液晶の場合、基板１４の界面
での配向方向と基板２０の界面での配向方向は９０度異
なるよう設定する。第一の偏光板２４は基板１４の配向
方向と平行に、第二の偏光板２５は第一の偏光板２４と
平行にあるいは直角の偏光方向の位置に配置する。光弁
装置としての動作は、画素駆動電極４に電圧が印加され
ていない場合は、入射偏光光は液晶２３の配向に従って
偏光方向が回転し入射光と９０度ねじれた方向の偏光光
となって出射し、第二の偏光板２５が第一の偏光板２４
に平行な場合、出射光は偏光板２５で吸収される。画素
駆動電極２１と１６の間にに充分高い電圧が印加されて
いる場合は、液晶２３は配向膜面に垂直に配向する。こ
の場合入射光の偏光方向は液晶によって回転しないの
で、偏光板２５を透過する。スペーサ１９は通常散布に
より形成されるので、その位置を制御するのは困難で、
場所により分布は不均一であり、液晶駆動電極１７の上
に乗ることもあり、またトランジスタ１６の上に来るこ
ともある。液晶駆動電極の上に来たスペーサは電気光学
効果の妨げとなる。アクティブマトリクス液晶表示装置
では３インチから１０インチ程度の面積のものが商業的
に生産されている。非晶質シリコン薄膜は３５０℃以下
の低温で形成できるため大面積液晶パネルに適してい
る。又、多結晶シリコン膜を用いたアクティブマトリク
ス液晶表示装置では現在２インチ程度の小型液晶表示パ
ネルが商業的に生産されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかし、従来の非晶質
シリコン薄膜あるいは多結晶シリコン薄膜を用いたアク
ティブマトリクス液晶表示装置は、比較的大画面の画像
面を必要とする直視型表示装置に適している一方、装置
の微細化及び画素の高密度化には必ずしも適していな
い。最近直視型表示装置とは別に、微細化された高密度
の画素を有する超小型表示装置あるいは光弁装置に対す
る要求が高まってきている。かかる超小型光弁装置は、
例えば投影型画像装置の一次画像形成面として利用さ
れ、投影型のハイビジョンテレビとして応用可能であ
る。微細半導体製造技術を用いることにより数１０μｍ
オーダの画素寸法を有し全体としても数ｃｍ程度の寸法
を有する超小型高精細光弁装置が可能となる。

【０００６】従来の液晶セルの形成方法では、第一基板
の上にポリイミド等の薄膜を塗布した後これをラビング
処理と称して布等で擦り液晶配向膜とし、この上に数μ
ｍの大きさのファイバー状あるいは球状のスペーサ材料
を散布し、このスペーサ材料の径で決まる距離で第一の
基板に第二の基板を張り合わせる。ここで、スペーサ材
料は画素電極上に不規則に散布され、この部分の液晶を
排除することになる。スペーサの大きさが画素駆動電極
と比べて小さい場合は特に問題がないが、光弁装置の表
示品質の向上に伴い画素数が増え、画素サイズが小さく
なると、画素駆動電極上にスペーサがきた場合、スペー
サの大きさが画素電極にの大きさに比べて無視でなくな
る。

【０００７】特に、画素サイズと液晶層厚が同程度の大
きさになると、スペーサによって画素電極が被われてし
まう。このため、画素駆動電極がスペーサの存在する画
素電極の上では電気光学作用が働かないので光弁装置の
電気光学特性を劣化させる。例えばＴＮ型液晶表示では
黒表示すべき部分が白くなり表示コントラストが小さく
なったり、白表示の背景に点々と黒点が浮かぶなどの現
象が生ずる。例えば、電気光学効果の作用しない面積が
画素駆動電極の１００分の１以上を占めるとコントラス
ト比１００：１以上の光弁装置が実現できなくなる。ス
ペーサを散布しないで第一の基板と第二の基板を張り合
わせる方法も考えられるが２基板間の距離を数ミクロン
に保って一定とするのは基板の凹凸、反りなどを考慮す
ると実用的には、はなはだ困難である。第一の基板の表
面に凹凸を形成した後に、基板表面に配向膜を形成する
ことも考えられる。

【０００８】この場合、凹凸形成の位置をリソグラフィ
ーなどで選択的に行えば光弁装置の電気光学効果を用い
ない領域にすれば、光弁装置のコントラストを低減しな
い。しかし、これは通常用いられるラビング配向による
と、凸部で遮られる部分に配向膜を形成できない。酸化
珪素の斜め蒸着によって配向膜を形成する場合も凸部に
よりその高さの数倍の陰ができ、配向膜の形成が均一に
できない。

【０００９】そこで、この発明の目的は、従来のこのよ
うな課題を解決するため、超小型で微細化された表示品
質に優れたアクティブマトリクス液晶表示装置等の光弁
装置を提供することを目的とする。この目的を達成する
ために、本発明においては、無機配向膜の上に形成した
有機スペーサ層をリソグラフィーで形成するようにし
た。

【００１０】また、スペーサ層を位置を制御して形成す
ることで対向基板間の距離を一定に保つことが容易にな
る。即ちスペーサ分布が不規則であると基板間の距離も
不規則になりやすい。基板間距離を精度良く保つのが本
発明の他の目的である。さらに、通常スペーサの数は１
００〜５００個／ｍｍ² 程度で、これより多いと表示品
質に悪影響を及ぼすのは前述の通りであり、本発明では
スペーサの数を更に多くすることを可能にすることでス
ペーサ１個にかかる応力を低減し、応力による基板上の
スイッチ素子の破壊を防ぐのが本発明のもうひとつの目
的である。

【００１１】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明が採用した手段は次のとおりである。液晶配
向層が形成された対向する第一の基板と第二の基板の間
に液晶層が配置されており、該２対の基板の少なくとも
一方には凹凸が設けられており、該凹凸の凸部で他方の
該対向基板の表面に接触している光弁装置において、少
なくとも凹凸を設けた基板の液晶配向膜が無機材料で形
成されており、該凹凸の構造は有機材料で形成されてい
ることを特徴とする点にあり、その凹凸を有する基板の
製造方法は、少なくとも （Ａ）基板の上に一酸化珪素の斜方蒸着などの方法で無
機材料の配向膜を形成する工程。 （Ｂ）該配向膜の上にポリイミド等の有機材料からなる
薄膜を塗布する工程。 （Ｃ）該有機材料からなる薄膜層をリソグラフィーなど
により、一部を残して選択的に除去する工程とからな
る。

【００１２】

【作用】上記のように構成された光弁装置においては、
液晶を配向できる状態にある配向膜が無機材料であるの
で、配向膜の上に有機材料であるスペーサを塗布あるい
は選択的に形成するためリソグラフィーなどの工程をを
通しても、処理温度が低いので配向膜の液晶配向能力を
損なうことがない。この結果、画素駆動電極上のスペー
サをなくして、非表示部に選択的にスペーサを設けるこ
とができ、スペーサによる光弁装置の電気光学特性の劣
化が生じない。

【００１３】また、規則的にスペーサを配置できるので
基板間の距離を精度良く保てるので光弁装置の面内特性
の均一性を向上できる。さらに、スペーサ数を実質的に
増加できるので、スペーサ部の応力集中を緩和でき、応
力による素子破壊を防止できる。

【００１４】

【実施例】以下、本発明の好適な実施例を図面とともに
説明する。図１は本発明に用いられる光弁装置の模式的
断面構造を示す。図示するように、第一の基板１は例え
ばガラス、石英などからなる担体層２と、その上に形成
された、能動素子からなる薄膜トランジスタ３と、薄膜
トランジスタ３と接続された画素駆動電極４と、画素駆
動電極４を覆って形成された無機材料からなる配向膜
５、配向膜５の上に、画素駆動電極４と平面的に重なら
ないよう選択的に形成した有機材料からなる凸部である
スペーサ６からなる。薄膜トランジスタとしては通常ゲ
ート電極、ゲート絶縁膜、半導体膜、ソース、ドレイン
電極などからなる絶縁ゲート電界効果型のトランジスタ
が一般的である。対向する第二の基板７の第一の基板１
と対向する面上にも液晶駆動電極８と配向膜９が形成さ
れており、基板１と基板７の間には液晶１０が狭持され
ている。また、基板１と基板７を挟んで偏光板１１と１
２が配置されている。液晶は対向基板１あるいは対向基
板２と接する界面において配向膜９あるいは５の作用に
より配向膜で規定される配向方向に配向する。

【００１５】通常のＴＮ型液晶の場合基板１の界面での
配向方向と基板７の界面での配向方向は９０度異なるよ
う設定する。第一の偏光板１１は基板１の配向方向と平
行に、第二の偏光板１２は第一の偏光板１１と平行にあ
るいは直角の偏光方向の位置に配置する。光弁装置とし
ての動作は、画素駆動電極４に電圧が印加されていない
場合は、入射偏光光は液晶１０の配向に従って偏光方向
が回転し入射光と９０度ねじれた方向の偏光光となって
出射し、第二の偏光板１２が第一の偏光板１１に平行な
場合、出射光は偏光板１２で吸収される。画素駆動電極
４に充分高い電圧が印加されている場合は、液晶は配向
膜面に垂直に配向する。この場合入射光の偏光方向は液
晶によって回転しないので、偏光板１２を透過する。ス
ペーサ６は画素駆動電極４のない領域に選択的に形成で
きるので光弁装置の光変調作用を妨げない。配向膜５と
しては、例えば一酸化珪素の斜方蒸着膜が無機材料膜と
しては良好な液晶配向特性を持つことが知られている。

【００１６】また、二酸化珪素膜など絶縁膜の表面に微
細な幾何学的凹凸を１ミクロン以下程度の間隔で形成し
た場合配向特性を有することが知られている。これら、
配向膜の配向特性を実現には配向膜表面の微細な幾何学
的凹凸が主要な役割を果たしている。スペーサ形成のた
め塗布する配向膜としては、例えば感光性ポリイミド膜
などが考えられる。この膜はスピンコート法などを用い
て基板の上に塗布し、フォトマスクなどで選択的に感光
して、選択的な位置に塗布したポリイミド膜の厚さに相
当するスペーサを形成できる。感光性のポリイミドを用
いる場合はフォトレジストを用いないで選択的な形成が
可能になる。このポリイミド膜によるスペーサの形成過
程では工程中の温度はたかだか２５０℃以下であるの
で、その下に形成されている無機材料からなる配向膜表
面の幾何学的形状が変化することは無く、配向性能には
影響を与えない。

【００１７】本発明は光弁装置の画素の大きさに関係な
く適用可能であるが、特に、画素の大きさがスペーサの
大きさと比べて無視できないほど小さくなったときに、
スペーサが光弁装置を透過する光を妨げることを防ぐこ
とを可能にする点で有効である。また、スペーサが球状
であったり、ファイバ状であるときは、スペーサと基板
の接触面積が小さいため局部的に大きな圧力が、スペー
サと基板の接触部に生ずる。本発明によれば、スペーサ
と基板は平面で接触するので接触圧を大幅に緩和でき
る。このことは、スペーサ下部に薄膜トランジスタなど
が形成されているときに、応力による薄膜トランジスタ
の破壊を起こさないため、光弁装置のスペーサ応力によ
る画素欠陥の発生を防止できる。

【００１８】図２（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）および図３
（Ａ）、（Ｂ）は基板１の本発明による製造方法を示す
断面図である。図２（Ａ）に示すように、担体層２の上
に薄膜トランジスタ３と該薄膜トランジスタのドレイン
電極に接続した画素駆動電極４を設ける。次に、図２
（Ｂ）に示すように全面に無機材料からなる配向膜５を
形成する。配向膜の形成方法としては、一酸化珪素の斜
め蒸着、あるいは無機薄膜にサブミクロンの大きさの方
向性を有する溝などのパターンをリソグラフィーで形成
する。配向膜５の表面は図２（Ｂ）に拡大して示したよ
うに方向性をを持った凹凸が形成されており、これによ
り液晶に対する配向能力を持つことになる。次に、図２
（Ｃ）に示すように配向膜の上に液晶セルのギャップに
相当する厚さのポリイミドなどの有機膜１３を塗布す
る。配向膜５と有機膜１３の塗布された状態の断面図を
拡大した様子も図２（Ｃ）に示す。

【００１９】次に、図３（Ａ）に示すように、該有機膜
１３をリソグラフィーにより選択的に除去し、画素駆動
電極４と重ならない領域に残しスペーサ６とする。配向
方向が９０度異なる基板７との間に液晶を挟み、更に両
基板を偏光板１１、１２で挟むことで光弁装置ができ
る。図５は本発明による基板１の斜視図である。図１の
場合と同様、担体層２の上にはトランジスタ３、液晶駆
動電極４、スペーサ６などが形成されている。配向膜５
はスペーサ６と液晶駆動電極４の間に全面にわたって形
成される。スペーサ６は各画素のトランジスタ３を覆う
位置に形成されており、電気光学効果を発揮する液晶駆
動電極４の上には殆ど面積を占めない。

【００２０】以上の説明において、画素のサイズが極め
て小さい光弁装置においては、液晶層の厚さ、すなわ
ち、上記凸部の高さを画素駆動電極の幅の１／１０以下
とすることにより、コントラストの低下を防止すること
ができる。

【００２１】

【発明の効果】上述したように、本発明によれば数十ミ
クロン以下の微細な画素においても表示品質がスペーサ
で劣化しない光弁装置が実現できる。これにより画素数
が（５００ｘ５００）以上の高精細な光弁装置を小型化
でき、投影型の表示装置の小型化実現を可能にする。ま
た、リソグラフィーによってスペーサを形成するため
に、その分布が均一であることから光弁装置の特性の面
内分布が均一になり画質の向上に寄与する。さらに、ス
ペーサの応力による画素トランジスタなどの破壊をを減
少できるので、光弁装置の画素欠陥による不良を減少で
き製造歩留まりを向上できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の模式的断面図を示した説明図である。

【図２】（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の基板の製造工程をを
示した説明図である。

【図３】（Ａ）、（Ｂ）は本発明の基板の製造工程を示
した説明図である。

【図４】従来のの実施例の模式的断面図を示した説明図
である。

【図５】本発明の実施例の斜視図を示した説明図であ
る。

【符号の説明】

１ 第一の基板 ２ 担体層 ３ 薄膜トランジスタ ４ 液晶駆動電極 ５ 配向膜 ６ スペーサ ７ 第二の基板 ８ 液晶駆動電極 ９ 配向膜 １０ 液晶 １１ 第一の偏光板 １２ 第二の偏光板 １３ 有機材料塗布膜 １４ 基板 １５ 担体層 １６ 薄膜トランジスタ １７ 液晶駆動電極 １８ 配向膜 １９ スペーサ ２０ 基板 ２１ 液晶駆動電極 ２２ 配向膜 ２３ 液晶 ２４ 偏光板 ２５ 偏光板

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 液晶配向層が形成された対向する第一の
   基板と第二の基板基板の間に液晶層が配置されており、
   該２枚の基板の一方の基板には凹凸が設けられており、
   該凹凸の凸部で他方の基板の表面に接触している光弁装
   置において、該一方の基板上には有機材料からなる凸部
   と無機材料からなる配向膜が形成されていることを特徴
   とする光弁装置。
2. 【請求項２】 該配向膜を形成する無機材料は酸化珪素
   を斜方蒸着してなることを特徴とする請求項１に記載の
   光弁装置。
3. 【請求項３】 該凸部を形成する有機材料はポリイミド
   であることを特徴とする請求項１〜２に記載の光弁装
   置。
4. 【請求項４】 該２枚の基板のいずれか一方には、マト
   リクス状に配置された複数の能動素子と該能動素子に接
   続された画素駆動電極を含みを含み、かつ該能動素子に
   より選択的に励起されることを特徴とする請求項１から
   ３に記載の光弁装置。
5. 【請求項５】 光弁装置の製造方法において、凹凸を有
   する該第一または第二の基板製造方法は、（Ａ）基板の
   上に一酸化珪素の斜方蒸着などの方法で無機材料の配向
   膜を形成する工程と、（Ｂ）該配向膜の上にポリイミド
   等の有機材料からなる薄膜を塗布する工程と、（Ｃ）該
   有機材料からなる薄膜層をリソグラフィーなどにより、
   一部を残して選択的に除去する工程とを含む光弁装置の
   製造方法。