KR100266434B1 - 액티브매트릭스액정패널및그것을사용하는프로젝션시스템 - Google Patents
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Abstract
액티브 매트릭스형 액정표시장치의 개구율을 크게 함과 동시에 프로젝터에 특유의 고열이나 고조도에 의한 표시불균일 및 광누설이 없으며, 더욱이나 박막 트랜지스터에 광내성을 가지도록 할 수 있는 것이다.
박막 트랜지스터와 배열기판의 기판과의 사이에 배치되는 차광막에 화소전극을 노출시키는 개구부를 설치한다.
Description
본 발명은 박막 트랜지스터를 가지는 프로젝터용 액티브 매트릭스 액정패널 및 그것을 사용한 프로젝션 시스템에 관한 것이다.
근년 액정패널의 화소전극마다 박막 트랜지스터(TFT=Thin Film Transistor)를 갖춘 액티브 매트릭스형 액정표시장치(AM-LCD)가 단순 매트릭스형 표시장치에 비하여 높은 화질을 얻을 수 있기 때문에 열성적으로 연구되고 있다.
일반적으로, 종래의 액티브 매트릭스형 액정표시장치는 도 11에 모식적으로 나타내는 액정패널부를 가지고 있다. 즉, 도 11에 있어서 투명한 유리 등으로 되는 제1 기판(101)과 투명한 유리 등으로 되는 제2 기판(102)이 대향배치되고, 제1 기판(101)에는 매트릭스 형상으로 형성된 액정 구동용의 화소전극(103)과 매트릭스 형상의 화소에서 동일한 행(row)에 속하는 각 화소전극(103)에 소정의 주기로 전압을 인가하는 주사선(104)과, 동일한 열(column)에 속하는 각 화소전극(103)에 대하여 화상신호전압을 인가하는 데이터선(105)과, 데이터선(105)에 접속된 소스전극 (106s), 주산선(104)에 접속된 게이트전극(106g) 및 화소전극(103)에 접속된 드레인전극(106d)으로 되는 박막 트랜지스터부(106)가 각각 형성되어 있다. 따라서, 이 제1 기판(101)은 배열기판(101)이라고 하며, 다른쪽 제2 기판(102)에는 배열기판 (101)상의 화소전극(103)의 대향전극으로 되는 투명도전막(107)이 형성되어서 대향기판(102)이라고 한다.
통상, 투과형의 액정표시장치는 배면광원에서의 광을 투과시킬 필요가 있기 때문에 상기 화소전극(103)은 투명한 도전막으로서 형성되며, 또 액정패널부에 칼러-표시를 행하게 할 때는 대향기판(102)의 각 화소에 칼러필터를 형성한다.
이상과 같이 구성된 액정패널부에 있어서 박막 트랜지스터부(106)가 구동하는 기간에 화상신호에 대응하여 액정층에 인가하는 전압을 변화시키면, 액정패널을 투과하는 배면광원에서의 광의 투과율이 변화하기 때문에 그 광의 투과율의 변화가 화상으로서 표시된다. 또 박막 트랜지스터부(106)의 반도체 재료에는 비정질실리콘 (a-Si), 이동도가 높은 다결정실리콘(p-Si) 또는 카드뮴렌(CdSe) 등을 사용하고 있다.
도 12는 상기 종래의 액정표시패널을 광 스위칭용의 광밸브로서 사용한 대표적인 3판식 액정 프로젝터(투사형 표시장치)의 구성도이다. 메탈 할로겐 램프 등을 광원으로 한 광을 이색거울(DM) 및 반사경(M)을 사용하여 3원색의 각 원색마다에 광로를 분할하고 광로마다에 적(R), 녹(G) 또는 청(B)의 각 색상용의 액정패널로 되는 광밸브(LB)에 투사하고, 각 색을 각각의 광밸브(LB)에 의하여 스위칭함으로서 영상이 스크린에 나타난다. 통상, 액정패널 중의 액정표시 모드에는 TN(트위스트마네틱) 액정이 사용되고 있다.
그러나, TN 액정으로 된 광밸브는 입사광의 약 반을 입사측의 편광판으로서 차단하기 때문에 광원에서 방사되는 광을 유효하게 이용하기가 곤란하다. 그래서 근년, 광원의 광을 유효하게 이용하기 위하여 액정재료로서 고분자 중에 액정을 분산시켜서 인가전압에 의하여 고분자와 액정계면에 있어서 광의 투과 및 분산을 제어하여 광의 스위칭을 행하는 고분자 분산형 액정을 사용한 액정 광밸브를 발표하기에 이르렀으며(Aisa Display '95 S16-3 p343), 이 표시방식에 의하면 편광판을 사용할 필요가 없기 때문에 TN 액정을 사용한 표시방식에 대하여 같은 입력에 대한 광을 출력의 2배 이상을 확보할 수가 있다.
또, 보다 밝은 콘트라스트가 높은 액정프로젝터를 얻기 위하여 광밸브에서 얻어지는 귀중한 성능 요소의 하나로서, 개구율(1화소의 크기에 대한 실제의 광의 변조에 기여하는 부분의 비율)이 높을 것이 요구된다. 또한, 1화소에 있어서 광의 변조에 기여하지 못하는 부분으로서는 화소 내의 박막 트랜지스터부, 주사선부, 데이터선부, 액정에 대하여 병렬로 들어가는 보조용량부 및 화소전극과 각 버스라인과의 간격부분 등이다.
상기 박막 트랜지스터를 갖춘 액정표시장치에 있어서, 이것들의 광의 변조에 기여하지 않는 부분에 광이 조사되었을 경우, 예컨대 박막 트랜지스터부의 채널에 대하여 광이 입사했을 경우는 도 13에 나타내는 트랜지스터의 드레인전류(Id)-게이트전압(Vg)의 특성곡선에서 나타내는 것 같이 오프상태의 전류가 증가하기 때문에 스위칭 특성이 열화되는 문제가 발생된다. 특히 상기 액정패널에 사용되는 액정재료로서 상기의 고분자 분산형 액정을 사용할 경우 광의 산란에 의한 트랜지스터의 오작동이 발생한다. 일반적으로 박막 트랜지스터의 재료로서 이동도가 높은 단결정 실리콘 혹은 다결정실리콘을 사용한다. 이러한 박막 트랜지스터의 구조로서는 반도체층이 게이트전극에 대하여 유리기판 측에 존재하는 공통평면형(coplanar) 구조를 취하면 박막 트랜지스터의 채널영역은 게이트전극의 바로 아래에 자기정합적으로 형성되기 때문에 광의 입사방향은 게이트전극을 그 차광체로 해야 하기 때문에 대향기판 측에서 입사할 필요가 있다. 사용되는 액정재료가 TN 액정이면 패널을 통과하는 광은 기본적으로 직진하기 때문에 이것으로 좋으나 액정재료로서 고분자 분산형을 사용하는 경우에는 액정패널 내부에서 광의 산란이 발생하고, 도면에 나타내는 각도에서 산란된 광은 게이트 전극 하부에 침입하여 트랜지스터의 오프전류를 증가시켜서 콘트라스트를 열화시킨다.
또, TN 액정을 사용한 광밸브에 있어서는 대향기판 측에 블랙매트릭스를 형성하고, 박막 트랜지스터부의 채널부분에 광이 입사되는 것을 방지함과 동시에 액정이 전압에 의하여 변조되지 않는 영역을 커버하고 이 영역의 광의 누설을 방지함으로서 콘트라스트를 향상시켜 왔다. 그러나 블랙매트릭스의 조립정도의 치수는 1화소의 크기와는 독립하고 있으므로 화소의 크기가 작게 됨에 따라서 화소에 대한 블랙매트릭스부의 면적의 비율이 증가하고 개구율은 저하한다. 액정프로젝터에 사용되는 광밸브는 시스템의 소형화가 강하게 요구되고 있으며, 따라서 액정 광밸브의 크기도 보다 소형의 크기를 요망되고 있으나 액정 광밸브의 소형화는 상기한 개구율에 있어서 극히 제한이 큰 요소로 된다. 따라서 도 14의 종래의 일반적인 액정 광밸브의 패널크기와 개구율과의 관계(조립정도에 3㎛, 화소수에 640×480을 상정, 배열기판의 합친 정도는 2㎛, 최소 선폭(Lmin) 및 최소 동일층간 스페이스(Smin)는 다같이 5㎛)를 보면, 1.5인치 정도의 패널 사이즈는 그 개구율로서 55%가 상한으로 된다.
그리하여 최근 소형화 문제에 대하여 보다 높은 개구율을 얻기 위하여 상기 블랙매트릭스(BM)층을 대향기판층에서 배열기판층으로 옮기는 BM 온 배열기술 (Display Manufacturing Technology Conference, Santa Clara, 1995, pp107)이 발표되어 있으며, 매트릭스 배열상의 블랙매트릭스에는 감광성의 흑색수지 재료 등이 사용되어 있다. 그러나, 상기 종래의 BM 온 배열기술을 사용한 프로젝터용 액티브 매트릭스 액정패널은 블랙매트릭스의 재료로서 흑색수지를 사용했을 경우에는 수지 재료의 차광율의 한계에서 막두께는 1㎛ 이상을 필요로 하기 때문에 블랙매트릭스의 에지의 단차 부근에 액정의 비배광 영역이 발생하기 때문에 광의 누설 등의 표시특성이 열화한다고 하는 문제를 가지고 있다. 더구나, 이 액정패널을 프로젝터에 사용하면 흑색수지의 열전도율이 낮기 때문에 광조사에 의하여 패널내부의 온도가 상승하므로 패널내부의 온도 불균일에 기인하는 투과율의 변동에 의한 표시불균일을 발생한다고 하는 문제를 가지고 있다.
본 발명이 제1 목적은 개구율을 크게함과 동시에 프로젝터에 특유의 고열이나 고조도에 의한 표시 불균일 및 광의 누설이 없어지며, 더욱이 박막 트랜지스터에 내광성을 가지게 할 수 있도록 하는 것을 목적으로 한다.
또, 본 발명의 제2 목적은 액정재료로서 고분자 분산형 액정을 사용할 경우에 내광성이 우수한 프로젝션 시스템을 실현시킨다.
[발명을 해결하기 위한 수단]
본 발명의 제1 목적은 박막 트랜지스터를 가지는 배열기판의 기판면 상에 화소전극을 노출시키는 개구부를 가지는 도전성의 차광막을 사용하므로서 달성된다. 구체적으로 서로가 대향하여 액정층을 사이에 두는 제1 및 제2의 기판과, 상기 제1의 기판 위에 형성되고 서로 평행으로 연장되는 복수의 주사선과 상기 제1의 기판위에 형성되고 서로 평행으로 연장되는 상기 복수의 주사선과 교차하는 복수의 데이터선과, 상기 제1의 기판 상에 있어서 상기 주사선과 데이터선에 의하여 둘러쌓인 각 영역에 형성되는 매트릭스 형상의 화소전극과, 상기 제1의 기판상에 있어서 상기 주사선과 데이터선과의 각 교점에 형성되고, 상기 주사선에 접속된 게이트전극과, 상기 데이터선에 접속된 소스전극과, 상기 화소전극에 접속된 드레인전극을 가지며, 상기 주사선의 전위에 의하여 상기 데이터선과 상기 화소전극과의 도통을 제어하는 반도체층으로부터 되는 박막 트랜지스터와, 상기 제1 기판과 박막 트랜지스터간에 형성된 차광막을 갖추고, 상기 차광막은 상기 각 화소전극을 투과광에 대하여 노출시키는 개구부를 가지고 있는 구성으로 하는 것이다.
상기의 구성에 의하여 차광막은 화소전극의 주변부만을 커버하는 주변피복부를 가지고 있으므로서, 개구율을 크게 할 수가 있음과 동시에 박막 트랜지스터를 가지는 제1의 기판측에서 박막 트랜지스터를 구성하는 반도체층에 입사되는 광을 차단할 수가 있다.
상기 차광막은 금속으로 형성하는 구성으로 할 수 있다. 열전도율이 흑색수지에 비교하여 크기 때문에 광밸브의 온도상승을 억제할 수가 있음과 동시에 흑색수지보다 막두께를 얇게 할 수 있고, 차광막의 주변부에 형성되는 단차부에 의한 액정의 비배향영역이 발생하기 어렵게 되며, 그 결과보다 표시특성이 높은 액정 광밸브를 제공한다. 또 상기 금속에 의한 차광막은 전원에 접속하여 차광막에 있어서 화소전극의 주변부를 커버하는 주변피복부를 축적용량(storage capacitance)으로 할 수가 있다. 더욱이, 데이터선에 인가하는 전압레벨과 차광막에 인가하는 전압레벨의 극성을 서로 반전시키므로서 화상신호전압의 진폭을 억제할 수가 있으므로 저소비전력을 도모할 수가 있다.
상기 박막 트랜지스터의 상부에서의 입사를 방지하기 위하여서는 상기 소스 전극이 상기 박막 트랜지스터의 채널상부를 커버하도록 구성하는 것이 바람직하다. 제1 및 제2 기판간에 봉입되는 액정재료가 액정과 고분자와의 복합체(고분자 분산형 액정)일 경우에는 액정측에 있어서 산란된 광이 박막 트랜지스터 상면에서 진입하고, 특히 좁은 각도로서 산란된 광이 채널 내부에 진입하여 상기한 오프전류가 증가하며 화질열화를 발생시키나 이것을 방지할 수가 있다.
본 발명에 따른 액티브 매트릭스 액정패널을 사용함으로서, 광원에서의 광의 입사방향을 상기 박막 트랜지스터를 형성한 기판측으로 할 수가 있으며, 상기 액정패널을 광밸브로하여 채널부에서 산란에 의한 광의 입사를 방지하고 높은 콘트라스트를 가지는 프로젝션 시스템을 제공할 수가 있다.
제1도는 본 발명의 제1의 실시형태에 관한 프로젝터용 액티브 매트릭스 액정패널의 배열기판의 구성단면도.
제2도는 본 발명의 제1의 실시형태에 관한 프로젝터용 액티브 매트릭스 액정 패널의 제조방법을 나타내는 공정순 단면도.
제3도는 본 발명의 제1의 실시형태에 관한 프로젝터용 액티브 매트릭스 액정 패널의 제조방법을 나타내는 공정순 단면도.
제4도는 본 발명의 제1의 실시형태에 관한 프로젝터용 액티브 매트릭스 액정 패널의 배열기판의 구성평면도.
제5도는 본 발명의 제2의 실시형태에 관한 액정패널의 각 전극에 인가되는 전압의 타이밍 차트.
제6도는 본 발명의 제3의 실시형태에 관한 프로젝터용 액티브 매트릭스 액정 패널의 배열기판의 구성 단면도.
제7도는 본 발명의 제3의 실시형태에 관한 프로젝터용 액티브 매트릭스 액정 패널의 배열기판의 구성 평면도.
제8도는 본 발명의 제4의 실시형태에 관한 프로젝터용 액티브 매트릭스 액정 패널에 있어서의 고분자 분산형 액정의 광의 투과 및 산란에 의한 광 스위칭 동작을 나타내는 모식도.
제9도는 고분자 분산형 액정과 TN 액정과의 전압-투과율 특성곡선을 나타내는 그래프.
제10도는 본 발명의 제5의 실시형태에 관한 액티브 매트릭스 액정패널을 사용한 액정 프로젝터의 구성도.
제11도는 종래의 액티브 매트릭스형 액정표시장치의 액정패널부를 모식적으로 나타낸 사시도.
제12도는 종래의 액정표시패널을 광 스위칭용 광밸브로 사용한 대표적인 3판식 액정 프로젝터(투사형 표시장치)의 구성도.
제13도는 트랜지스터의 드레인전류(Id)-게이트전압(Vg)의 특성곡선을 나타내는 그래프.
제14도는 종래의 일반적인 액정 광밸브의 패널 사이즈와 개구율과의 관계를 나타내는 그래프.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
11 : 유리기판 12 : 금속박막(얇은 막)
13 : 제1의 층간절연막 14 : 다결정 실리콘막
14a : 저항영역 14b : 채널영역
14A : 반도체층 14B : 다결정 실리콘막
15 : 게이트 절연막 16 : 게이트전극
17 : 제2의 층간절연막 18 : 콘덕트홀
19 : 소스전극 20 : 드레인전극
21 : 제3 층간절연막 22 : 화소전극
22a : 콘덕트부 31 : 배열기판
32 : 대향기판 33 : 직접광
34 : 반사광 41 : 액적
51 : 고분자 분산형 액정 52 : TN 액정
61 : 화소전극 62 : 주사선
63 : 데이터선 64 : 다결정실리콘막
65 : 소스전극 66 : 게이트전극
67 : 드레인전극 68 : 차광막
68a : 개구부 68b : 주변 피복부
[제1실시형태]
본 발명의 제1의 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 본 발명의 제1의 실시형태에 관한 프로젝터용 액티브 매트릭스 액정패널의 배열기판의 구성단면도이다. 도 1에 나타낸 것 같이 제1의 기판으로서의 유리기판(11)상에 소정의 형상으로에 선택적으로 형성된 차광막인 크롬(Cr)으로 된 금속박막(12)과 각 금속박막(12)의 상방에 산화실리콘(SiO2)으로 된 제1 층간절연막 (13)을 통하여 오옴영역(14a)과 채널영역(14b)으로 되는 반도체층인 다결정실리콘막(14)이 형성되어 있다. 각 다결정실리콘막(14)상에는 채널영역(14b)상에 게이트 절연막(15)을 통하여 게이트전극(16)이 선택적으로 형성되고 게이트전극(16)을 절연하는 제2 층간절연막(17)상에 콘덕트홀을 통하여 각각 오옴영역(14a)에 소스전극 (19) 및 드레인전극(20)이 각각 형성되어 있으며, 드레인전극의 일단이 전기적으로 접속된 ITO(인듐, 주석산화물)로 된 화소전극(22)이 제3 층간절연막(21)상에 인접하는 박막 트랜지스터부의 소스전극(19)의 측단부에 연장되도록 형성되어 있다.
이하, 본 발명의 제1의 실시형태에 관한 프로젝터용 액티브 매트릭스 액정패널의 제조방법을 도면을 참조하면서 설명한다. 도2 및 도3은 본 발명의 제1의 실시형태에 관한 액정패널의 제조방법을 나타내는 공정순 단면도이다.
박막 트랜지스터를 형성하는 기판은, 즉 배열기판만을 설명하면 우선 도2a에 나타낸 것 같이 투명한 유리기판(11)상에 차광막으로서 크롬(Cr)으로 된 금속박막 (12)을 100nm의 두께로 적층한 후, 소정의 형상으로 패턴화 한다. 금속박막(12)의 재료는 크롬 외에 티탄(Ti), 탄탈륨(Ta), 알루미늄(Al), 알루미늄합금, 니켈(Ni) 또는 텅스텐(W) 등의 차광성능이 충분한 금속 또는 그 이후의 공정의 스위칭소자 작성 프로세스를 견디어내는 흑색의 비금속박막, 예컨대 흑색 레지스트 등의 유기재료 또는 일산화규소(SiO) 등의 무기재료라도 좋다.
다음에, 도 2b에 나타낸 것 같이 금속박막(12)의 절연막으로 유리기판(11)상에 전면에 걸쳐서 산화실리콘(SiO2)으로 된 제1 층간절연막(13)을 100nm~1㎛의 두께로 적층한다. 층간절연막의 재료로서는 산화탄탈(Ta2O5), 질화실리콘(SiN) 또는 이것들의 복합층이라도 좋다. 그후, 제1 층간절연막(13)상에 플라즈마 CVD법에 의하여 종결정으로 된 비정질실리콘(a-Si)으로 반도체층(14A)을 적층한다. 종결정으로 된 비정질실리콘(a-Si)은 저압 CVD법이나 스파트법으로 형성해도 좋다. 그후 엑시머레이저를 사용하여 반도체층(14A)에 대하여 종결정의 용융 및 결정화를 실행하여 다결정실리콘(p-Si)막(14B)을 형성한다. 그리고 엑시머레이저 대신에 아르곤(Ar)레이저를 사용하는 것도 가능하다. 또 다결정실리콘의 형성에는 다결정실리콘의 고상 성장을 사용하여도 좋다.
다음에 도 2c에 나타내는 것 같이 유리기판(11)상에 전면에 걸쳐서 산화실리콘(SiO2)으로 게이트절연막(15)을 100nm의 두께로 적층한 후 게이트절연막(15)의 상에 게이트전극 형성막을 적층하여 게이트전극(16)을 소정의 패턴으로 형성하고, 게이트전극(16)을 마스크로 하여 다결정실리콘막(14B)에 인(P) 또는 붕소(B)를 게이트절연막(15)을 투과시켜 이온주입하여 오옴영역(14a)을 형성한다. 불순물이 주입되지 않는 영역은 박막 트랜지스터의 채널영역(14b)으로 된다.
다음에 도 3a에 나타낸 것 같이 유리기판(11)의 상에 전면에 걸쳐서 게이트전극(16)가 소스 드레인전극을 절연하는 산화실리콘(SiO2)으로 제2 층간절연막(17)을 400nm의 두께로 적층한 후에 제2 층간절연막(17) 및 게이트절연막(15)에 대하여 동일한 패턴에 의하여 에칭을 행하여 소스전극 및 드레인전극의 각 콘덕트홀(18)을 각각 형성한다.
다음에 도 3b에 나타내는 것 같이 알루미늄(Al) 등의 금속으로서 소스 전극 (19) 및 드레인전극(20)을 각각 형성한다.
다음에 도 3c에 나타내는 것 같이 유리기판(11)상에 전면에 걸쳐서 소스전극 (19)과 드레인전극(20)을 절연하는 산화실리콘(SiO2)으로서 되는 제3 층간절연막 (21)을 100nm의 두께로 적층하고, 드레인전극(20)과 화소전극의 콘덕트부(22a)를 제3의 층간절연막(21)에 선택적으로 형성한 후, ITO로 된 화소전극(22)을 인접하는 박막 트랜지스터의 소스전극(19)의 측단부에 연장되도록 형성하여 액티브 매트릭스 배열을 가지는 배열기판을 완성한다. 배열완성 후의 평면도를 도 4에 나타내었다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면 차광막인 금속박막(12)은 배열기판(31)측에서 배열기판 면에 대하여 수직으로 입사하는 직접광(33)을 완전히 차폐하기 때문에 박막 트랜지스터부의 반도체영역에 광이 진입하지 못하여서, 광에 의한 트랜지스터의 누설전류가 증가하지 아니하므로서 양호한 표시특성을 얻을 수가 있다.
상기한 효과는 차광막의 재료의 여하에 불문하고 발생하는 것이나 본 실시예에서는 차광막이 금속에 의하여 형성되어 있으므로 열전도율이 흑색수지에 비하여 크기 때문에 광밸브의 온도상승을 억제할 수 있을 뿐만아니라 흑색수지보다도 막두께를 얇게 할 수 있으므로 차광막의 주변부에 형성되는 단차부에 의한 액정의 비배향영역이 발생하기 곤란하게 되며, 그 결과보다 표시특성의 높은 액정 광밸브를 제공된다.
[제2의 실시형태]
이하, 본 발명의 제2의 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다.
상기 제1의 실시형태와의 차이는 도 4에 나타내는 화소전극과 차광막과의 주변피복부(68b)를 화소의 축적용량으로서 이용하므로서 개구율을 더욱 향상시키고 있는 점이다.
구체적인 구성은 도 4에 나타내는 배열기판의 차광막(68)을 주사선(62), 데이터선(63), 다결정실리콘막(64) 및 드레인전극(67) 및 화소전극(61)의 주변부를 커버하므로서 형성되는 주변피복부(68b)와 화소전극(61)을 노출시키는 개구부(68a)를 가지며, 드레인전극(67)에 전기적으로 접속된 크롬 등의 금속에 의하여 형성된다. 더욱이 표시영역 외에 차광막(68)의 인출부분을 형성하고 차광막(68)의 전위를 제어함으로서 축적용량으로서 작용시킨다.
이하, 상기와 같이 구성된 액정패널의 각 전극의 작동을 도 5에 나타내는 타이밍 차트를 기초로 설명한다.
도 5는 본 발명의 제2의 실시형태에 관한 액정패널의 각 전극에 인가되는 전압의 타이밍 차트이다. 도 5에 있어서 Vg(n) 및 Vg(n+1)는 각각 주사선의 n 번째 및 n+1 번째의의 구동전위이다. Vs는 화상신호가 부가되는 데이터선의 파형이며, Vs(c)는 화상신호의 중심치이다. Vs(h) 및 Vs(l)는 화상신호의 하이레빌 및 로우레벨을 각각 나타내고 있다.
Vt(c), Vt(h), Vt(l)는 각각 대향전극 측에 인가되는 전압의 중심레벨, 하이레벨 및 로우레벨의 신호이며, 본 실시형태에 있어서는 1 필드마다 하이레벨과 로우레벨과의 신호의 극성을 반전하도록 되어 있다. 이로 인하여 화상신호전압의 진폭을 내릴 수가 있다.
Ve(c), Ve(h), Ve(l)는 각각 공통전극에 인가되는 전압의 중심레벨, 하이레벨 및 로우레벨의 신호이며, 상기 도전성을 가지는 차광막(68)에 접속하는 것을 상정하고 있다. 이 경우에 Ve=Vt로서 신호레벨을 감소하게 할 수 있으며, 또 Vt와 Ve를 독립으로 제어할 수 있는 것을 가능하게 한다. 더욱이 화상신호 대향전압 및 공통전극의 전압을 1 수평주사 기간마다 극성을 변화시켜도 좋다. 이로서 데이터선에 가하는 화상신호의 진폭은 극성을 반전시키지 않는 경우에 비교하여 반 이하로 할 수가 있다.
이와 같이, 본 실시형태에 있어서 차광막은 차광막으로서의 기능을 가짐과 동시에 도 4에서 나타내는 화소전극과 차광막과의 주변피복부를 당해 액정 셀의 보조용량 전극으로 되도록 형성되어 있으므로 축적용량을 생성하기 위한 축적용량선이 필요없게 된다. 따라서 축적용량선이 점하고 있는 영역분의 개구율을 더욱 크게할 수가 있다.
[제3의 실시형태]
이하, 본 발명의 제3의 실시형태를 도면을 참조하면서 설명한다.
본 실시형태의 프로젝터용 액티브 매트릭스 액정패널은 도 1에 있어서 설명한 상기 제1의 실시형태 혹은 상기 제2의 실시형태와 동일한 배열기판에 의하여 구성된다.
본 실시예의 특징으로서 도 6에 나타내는 것 같이 콘덕트홀 형성후 소스전극 (19) 및 드레인전극(20)을 소정의 패턴으로 형성할 때 화상신호를 전하는 소스전극 (19)의 패턴을 TFT의 채널부를 커버하며 상부에서의 광의 입사를 방지하는 구조로 하는 것이다. 이 구조를 채용하므로서 액정패널 내에 상부에서 입사하는 광을 확실히 차단할 수 있음이 가능하게 되고, 따라서 광에 의한 트랜지스터의 누설전류의 증가가 발생하지 않으며 양호한 표시특성을 얻을 수가 있게 된다.
그리고 공정도는 도 2 및 도 3과 실질적으로 동일하기 때문에 동일부재에는 동일번호를 붙여서 설명을 생략한다.
[제4의 실시형태]
이하, 본 발명의 제4의 실시형태를 설명한다. 본 실시형태의 특징으로서 광밸브에 봉입된 액정재료는 TN 액정 대신에 고분자 폴리머 중에 액정을 미소한 액적으로 하여 분산된 고분자 분산형 액정을 사용하고 있으며, 이 고분자 분산형 액정은 도 8a에서 나타낸 산란상태 및 (b)에 나타낸 투과상태에 의하여 광의 스위칭 작동을 행하고 있다.
(a)에 나타내는 산란상태에 있어서 고분자 분산형 액정은 배열기판(31) 및 대향기판(32)에 인가하는 전압을 무인가 상태로 하기 때문에 폴리머 내에 존재하는 액적(41) 중의 액정의 배향이 임의로 되어서, 이 액적(41)중의 액정과 폴리머와의 계면에 있어서 광은 임의의 방향으로 반사된다.
제1의 실시형태의 도 3에 나타낸 바와 같은 액정셀 내에 있어서 입사각이 기판면에 대하여 직각보다 작은 광은 일반적인 TN 액정의 경우에는 차광막이나 배선등의 패턴의 에지부에 의한 반사 외에는 비교적 발생하기 어렵다.
그러나 고분자 분산형 액정의 경우는 이와 같은 입사각이 작은 각도의 산란광이 많아지기 때문에 산란된 광이 배열기판 상면에서 TFT측을 향하는 광의 비율도 급격히 크게 된다.
따라서, 도 9에 나타내는 것 같이 전압-투과율 특성곡선에 의한 액정재료에 고분자 분산형 액정(51)을 사용한 경우와 TN 액정(52)을 사용했을 경우를 비교하면, TFT 배면에서 실선으로 나타낸 광을 조사했을 때의 전압과 점선으로 나타낸 광을 조사하지 않을 때의 전압과의 변화량은 고분자 분산형 액정(51)을 사용했을 경우가 TN 액정(52)을 사용했을 경우보다 크다.
따라서 본 실시형태 3의 TFT 구조에 있어서는 광밸브의 액정재료로서 고분자 분산형 액정을 사용했을 경우 그 효과가 현저하다.
도 10은 본 실시예 4의 액정 광밸브를 사용한 프로젝션 시스템의 구성이다. 이 경우, 광원에서 광의 입사방향은 TFT 기판측으로 한다. 이 이유로서 본 실시예 4의 구성에서는 기본적으로 광의 입사방향의 여하에 불구하고 채널부에 대하여 입사를 막는 구조로 되지만, TFT 하부의 차광막과 채널상부를 커버하는 소스전극에서는 그 차폐효과로서는 면적적으로 하부차광막 쪽이 효과가 크며, 더욱이 광원에서의 입사광에 대하여 액정 광밸브 내에서의 확산광 또는 반사광과 비교하면, 광원에서의 입사광의 강도가 크기 때문이다.
이상의 설명에서 명백한 것 같이 본 발명에 관한 프로젝터용 액티브 매트릭스 액정패널에 의하여 박막 트랜지스터와 당해 박막 트랜지스터를 가지는 제1의 기판과의 사이에 형성된 차광막을 갖추고, 당해 차광막은 화소전극을 노출시키는 개구부를 가지고 있기 때문에 개구율을 크게 할 수가 있음과 동시에 제1의 기판에 있어서 박막 트랜지스터를 구성하는 반도체층에 입사하는 배면광선에서의 강력한 입사광을 차단할 수가 있기 때문에 제1의 기판 측에서 박막 트랜지스터의 반도체층에 광이 진입할 수 없게 되며, 이것으로 인하여 광에 의한 트랜지스터의 누설전류가 증가하지 않게 되므로 양호한 표시특성을 얻을 수가 있다.
또, 본 발명에 관한 프로젝터용 액티브 매트릭스 액정패널에 의하면 차광막은 금속으로서 되기 때문에 열전도율이 흑색수지에 비하여 커서 광밸브의 온도상승을 억제시킬 수 있음과 동시에 흑색수지보다도 막두께를 얇게 할 수 있으므로 차광막의 주변부에 형성되는 단차부에 의한 액정의 비배향영역이 발생하기 어렵게 되며, 그 결과로 표시특성의 열화를 억제할 수가 있다.
더욱이, 본 발명에 관한 프로젝터용 액티브 매트릭스 액정패널에 의하면 차광막은 전원과 전기적으로 접속되어 있으므로 차광막에 있어서 화소전극의 주변부를 커버하는 주변피복부가 축적용량으로 되기 때문에 축적용량을 생성하기 위한 축적용량선이 불필요하게 되며, 이로 인하여 축적용량선이 점하고 있는 영역분의 개구율을 더욱이 크게 할 수가 있다.
더욱이 데이터선에 인가하는 전원레벨과 차광막에 인가하는 전압레벨과의 극성을 서로 반전시키므로서 화상신호전압의 진폭을 억제시킬수가 있으므로서 저소비전력화를 도모할 수가 있다.
또 소스전극이 TFT의 채널상부를 커버하고 있기 때문에 TFT 상부에서의 광의 입사를 막을 수가 있다.
본 발명에 관한 액티브 매트릭스 액정패널에 의하면 제1 및 제2 기판의 사이에 봉입되는 액정재료는 액정과 고분자와의 복합체인 고분자 분산형 액정으로 할수 있으므로서 입사각도가 작은 산란각이 많게 되었더라도 인가전압의 오프시에 드레인전류가 증가하지 않으므로서 표시불균일을 확실히 억제할 수가 있다.
더욱이 본 발명은 액티브 매트릭스 액정패널을 사용하여 액정프로젝션 시스템을 구성하는 것으로서 광의 입사방향을 TFT 기판측으로 하고, 극히 광도전성에 대하여 차폐효과의 높은 프로젝션 시스템을 제공할 수 있는 것이 가능하게 된다.
Claims (7)
- 광원과, 광 스위칭용 광밸브로 동작할 수 있는 적어도 하나의 액정 패널과, 스크린 상에 영상으로서의 광을 투사할 수 있는 프로젝션 렌즈를 포함하며, 상기 액정 패널은 액티브 매트릭스 액정 표시 패널로서, 서로 대향하며 상기 액티브 매트릭스 액정표시 패널의 외측 부분을 형성하는 제1 및 제2 투명기판과, 상기 제1 및 제2 투명기판 사이에 삽입되고 폴리머 매트릭스에 분산된 액정재료의 복합체로 형성된 액정층과, 상기 제1 투명기판과 상기 액정층 사이에 삽입된 박막트랜지스터로 형성된 층과, 입사광으로부터 상기 박막트랜지스터를 차폐시키도록 상기 제1 투명기판과 상기 박막 트랜지스터로 형성된 층 사이에 삽입된 차광막을 포함하며, 상기 광원으로부터 방출되는 광은 상기 제1 투명기판을 통해서 상기 액티브 매트릭스 액정표시 패널로 입사되는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 투명기판은 서로 평행하게 가로로 연장된 다수의 주사선과, 상기 주사선과 교차하며 서로 평행하게 세로로 연장된 다수의 데이터선과, 상기 주사선과 상기 데이터선에 의해 둘러싸인 각각의 영역에 위치하고 있는 다수의 화소전극을 포함하며, 상기 제2 투명기판은 상기 화소전극에 대향하는 투명전극을 포함하고, 상기 박막트랜지스터는 상기 주사선과 상기 데이터선에 의해 둘러싸인 상기 영역 각각에 위치하며, 상기 주사선에 연결된 게이트전극과 상기 데이터선에 연결된 소스전극 및 상기 화소전극에 연결된 드레인전극으로 이루어지고, 상기 차광막은 상기 각각의 화소전극을 입사광에 대해 노출시키는 개구부를 가지는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제2항에 있어서, 상기 차광막은 전기적 도전체로 이루어지는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제3항에 있어서, 상기 차광막은 전원에 연결되어 상기 화소전극과 상기 차광막의 중복 영역 사이에서 축적용량을 형성하는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제4항에 있어서, 상기 데이터선에 인가되는 전압레벨과 상기 차광막에 인가되는 전압레벨은 인가전압의 극성이 서로 반전되어 있어서 영상신호 전압의 진폭을 낮추는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제1항에 있어서, 상기 제1 투명기판을 서로 평행하게 가로로 연장된 다수의 주사선과, 상기 주사선과 교차하며 서로 평행하게 세로로 연장된 다수의 데이터선과, 상기 주사선과 상기 데이터선에 의해 둘러싸인 각각의 영역에 위치하고 있는 다수의 화소전극을 포함하며, 상기 제2 투명기판은 상기 화소전극에 대향하는 투명전극으로 포함하고, 상기 박막트랜지스터는 상기 주사선과 상기 데이터선에 의해 둘러싸인 상기 영역 각각에 위치하며, 상기 주사선에 연결된 게이트전극과 상기 데이터선에 연결된 소스전극 및 상기 화소전극에 연결된 드레인전극으로 이루어지고, 상기 소스 전극은 상기 박막트랜지스터의 채널 영역을 상기 액정층에서의 광역산란으로부터 차폐하도록 형성된 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
- 제6항에 있어서, 상기 차광막은 상기 각각의 화소전극을 상기 제1 기판 쪽으로부터 상기 액정층에 입사되는 광에 대해 노출시키는 다수의 개구부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 프로젝션 시스템.
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