KR100432850B1 - 액정 장치, 투사형 표시 장치 및 액정 장치용 기판 제조방법 - Google Patents

액정 장치, 투사형 표시 장치 및 액정 장치용 기판 제조방법 Download PDF

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Abstract

액정 장치는 한 쌍의 기판의 액정층측의 표면상에 배치된 무기 배향막(36, 42)을 가지며, 액정층의 액정 분자(50a)의 평균 프리틸트각(θ)의 범위가 5°≤θ≤20°인 경우, 액정층의 액정 분자(50a)의 트위스트각(φ), 셀 갭(d), 및 액정층의 액정 분자의 나선 피치(P)는 (0.6/360)φ < d/P < (1.4/360)φ의 관계를 만족하고, 액정층의 액정 분자(50a)의 평균 프리틸트각(θ)의 범위가 θ>20°인 경우, 액정층의 액정 분자(50a)의 트위스트각(φ), 셀 갭(d), 및 액정층의 액정 분자의 나선 피치(P)는 (0.8/360)φ < d/P < (1.6/360)φ의 관계를 만족한다.

Description

액정 장치, 투사형 표시 장치 및 액정 장치용 기판 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DEVICE, PROJECTION DISPLAY DEVICE AND, MANUFACTURING METHOD FOR SUBSTRATE FOR LIQUID CRYSTAL DEVICE}
본 발명은 액정 장치, 투사형 표시 장치, 및 액정 장치용 기판의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 특히 액정 프로젝터용 광원으로서 사용되는 소망의 액정 장치의 구성과 액정 장치용 기판의 제조 방법에 관한 것이다.
액정 프로젝터와 같은 투사형 액정 표시 장치에 있어서, 적(R), 녹(G), 및 청(B)의 3원색에 상응하는 3개의 액정 패널이 사용되는 3패널형이 있으며, 하나의액정 패널과 색생성 장치가 사용되는 1패널형이 있다. 이러한 투사형 액정 표시 장치의 일부분인 액정 광원에 있어서는, 액티브 매트릭스형(active matrix type) 액정 패널이 통상 사용된다.
또한, 액정 패널은, 예컨대 액티브 매트릭스형 액정 광원과 액티브 매트릭스형 액정 광원의 전단과 후단에 배치된 편광판을 포함한다. 도 18은 이러한 종래의 액정 광원의 구성의 예를 도시하는 단면도이다.
액정 광원은 액정이 도 18에 도시된 바와 같이 2개의 투명 기판 사이에 둘러싸이도록 제조된다. 액정 라이트밸브(light valve)는 박막 트랜지스터(Thin-Film-Transistor; 이하 'TFT'로 약칭함) 어레이 기판(10)과 TFT 어레이 기판을 향하도록 배치된 대향 기판(20)에 제공된다.
TFT 어레이 기판(10) 상에, 다수의 주사선(3a)과 다수의 데이터선(6a)이 격자 형상으로 배치된다. 화소 스위칭 TFT(30)는 주사선(3a)과 데이터선(6a)의 교차점에 상응하게 배치된다. 주사선(3a)은 절연 박막(2)을 통해 TFT(30)의 반도체층(1a)을 가로지르며, 채널 영역(1a')이 반도체층(1a)의 교차 영역내에 형성된다. 주사선(3a)을 가로지르는 데이터선(6a)은 콘택트 홀(5)을 통해 반도체층(1a)의 소스 영역(source area)(1d)에 전기적으로 접속된다. 또한, 화소 전극(9a)은 데이터선(6a)의 상측 층상에서 주사선(3a)과 데이터선(6a)에 의해 둘러싸이는 영역내에 형성된다. 화소 전극(9a)은 콘택트 홀(8)을 통해 반도체층(1a)의 드레인 영역(drain area)(1e)에 전기적으로 접속된다. 러빙 처리에 의한 배향막 처리를 받는 배향막(16)이 화소 전극(9a)상에 형성된다. 배향막(16)은 폴리이미드의 유기막에 의해 형성된다.
이러한 TFT 어레이 기판(10)에 있어서, 화소 전극(9a)이 형성되는 영역과 비교해, TFT(30)가 비화소 영역인 영역의 두께와, 주사선(3a)이 형성되는 영역의 두께와, 데이터선(6a)이 형성되는 영역의 두께는, 이러한 영역에 대한 절연막(4, 7)과 배선 영역이 그내에 적층되기 때문에 커지는 경향이 있고, 따라서, 단차부가 배향막(16)의 표면상에 형성된다. 이 단차는 TFT(30)가 형성되는 영역과 화소 전극(9a)이 형성되는 영역 사이에서 특히 크다. 더욱이, 제 1 차광막(11a)이 고품질의 표시를 위해 용량선(3b)과 TFT(30)를 차폐하도록 TFT(30) 아래에 형성되는 경우, 단차부는 현저하게 보이는 경향이 있다.
최근, 액정 프로젝터의 고미세화와 고휘도화의 견지에서 액정 광원의 크기 감소에 대한 요구에 따라, 보다 미세한 화소 피치가 소망되는 경향이 있다. 그러나, 예컨대, 화소 피치가 20㎛ 정도로 미세하게 되면, 폴리이미드와 같은 유기막으로 제조된 배향막이 제공되는 액정 라이트밸브의 경우에 배향막의 하지층(下地層)상의 단차부 때문에 배향막에 대한 효과적인 러빙 처리가 불가능한 영역이 있을 것이고, 따라서, 표시 품질을 저하시키는 액정의 배향불량이 때때로 발생한다. 이와 같은 문제는 화소 피치가 보다 미세하게 되는 경우 보다 명확하게 된다.
또한, 라이트밸브에 입사하는 빛의 강도는 보다 밝은 액정 프로젝터를 위해 증가되어 왔다. 이 때문에, 폴리이미드와 같은 유기막으로 제조된 배향막은 빛과 열로 인해 열화되고, 배향막의 배향 균일성이 감소한다. 따라서, 액정 분자의 배향은 균일성을 잃게 되고, 표시의 콘트라스트(contrast)가 감소하며, 결국 불량한표시 품질이 나타난다. 이와 같은 문제가 발생하는 원인은, 폴리이미드로 제조된 유기막이 약 400 내지 450㎚ 파장의 가시광을 흡수하고, 배향막은 빛을 흡수하여 열화되며, 액정의 배향이 배향막의 열화된 영역 부근에서 배향 균일성을 잃어 저하된 표시 품질이 나타나기 때문이다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 배향막이 폴리이미드와 같은 유기막 대신에 산화실리콘(SiO)과 같은 무기 재료의 사방 증착(斜方 蒸着)에 의해 형성된 막으로 이루어지고, 액정 분자가 무기 사방 증착막의 표면 형상 효과에 의해 일정 방향으로 배향되는 방식으로 광원이 제공된다. 무기 사방 증착막에 의해 제조된 배향막은, 특정 각도에서, 보다 상세하게는 기판에 10 내지 30°로 기울어진 각도로부터 고정된 기판상에 소정 각도로 기판에 배치된 무기 재료의 주상(柱狀) 구조물을 성장시키도록 무기 재료를 일정방향으로 진공 증착시킴으로써 형성될 수 있으며, 이러한 방법은 사방 증착법으로 지칭된다. 이러한 방식으로 얻어진 배향막은 폴리이미드와 같은 유기 재료로 제조된 배향막에 비해, 그 무기막 구성, 우수한 액정 라이트밸브의 내구성에서 기인하는 우수한 내광성 및 내열성과 같은 장점과, 화소 피치가 보다 미세하게 될지라도 폴리이미드의 유기막과 같은 유기막의 경우에 보여지는 부적절한 러빙 처리에 의해 발생된 액정의 배향 균일성의 손실을 갖는다.
그러나, 내광성 및 내열성과 같은 장점과는 대조적으로, 무기막으로 제조된 배향막은 유기막으로 제조된 배향막에 비해 액정의 취약한 배향 균일성과 같은 단점을 갖는다. 따라서, 무기 배향막을 사용한 액정 장치에 있어서, 액정의 배향 균일성의 손실을 일으키는 임의의 요인이 있는 경우 배향불량(disclination)이 쉽게발생하며, 표시 불량이 제공된다. 상세하게는, 액정 라이트밸브를 형성하는 액티브 매트릭스 기판의 표면은, TFT와 같은 스위칭 소자, 데이터선 및 주사선과 같은 신호선, 및 액티브 매트릭스 기판상의 화소 전극을 형성할 때 불규칙적으로 된다. 표면에서의 이러한 불규칙성이 사방 증착 도중 기판상에 그림자를 생성하며, 따라서 결함 부분이 배향막상에 종종 발생될 수도 있다. 이러한 결함이 배향막상에 있는 경우에, 유기막은 그 충분한 배향 균일성에 의해 결함을 보상할 수 있다. 그러나, 무기 증착막의 배향 균일성은 매우 취약하므로 배향불량이 발생될 수도 있다. 이러한 경향 때문에, 배향이 상이한 도메인내에 광누설이 있는 것과 같은 표시 불량이 발생하고, 낮은 콘트라스트로 인해 표시 품질이 감소된다.
배향불량을 감소시키기 위한 해결책으로서, 전압이 인가되지 않았을 때 액정 분자가 기판의 표면에 대해 기울어져 배치되는 프리틸트(pre-tilt) 방법으로 지칭되는 방법이 있다. 일반적으로, 배향불량은 프리틸트각이 증가함에 따라 점진적으로 감소될 수 있다. 그러나, 배향 균일성이 원래 취약했던 무기 배향막의 경우에 프리틸트각이 증가되면, 기판 사이의 액정의 구상 구조물은 불안정하게 된다. 그러므로, 액정의 트위스트 방향이 부분적으로 반대가 되는 영역인 리버스 트위스트 도메인의 존재로 인해 표시 불량이 발생된다.
이 문제는 또한 단차부가 그 표면상에 존재하는 하지층상에 형성된 무기 사방 증착막으로 제조된 배향막을 사용한 액정 장치에서 발생한다.
상기한 문제는 TFT 소자와 같은 3단자형 소자를 사용한 액티브 매트릭스형 액정 장치의 경우에 한정되는 것이 아니라, 무기 배향막이 액정 장치에 사용되는모든 경우의 박막 다이오드(Thin-Film-Diode; 이하 'TFD'로 약칭함)와 같은 2단자형 소자를 사용하는 액티브 매트릭스형 액정 장치와 패시브 매트릭스형(passive matrix type) 액정 장치에서는 흔한 문제이다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로, 본 발명의 목적은 배향 균일성이 약한 무기 배향막을 사용하는 액정 장치에서의 액정의 배향 불량을 최소로하고, 배향 불량으로 인한 표시 불량과 낮은 콘트라스트를 방지할 수 있는 액정 장치를 제공하고, 또한 상기 액정 장치를 사용함으로써 표시 품질이 높은 투사형 표시 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은, 화소 소자가 20㎛ 또는 그 이하 정도로 미세할 지라도 배향막의 하지층의 단차부 부근에 유기 재료의 증착 불량 영역이 발생되지 않는 액정 장치를 제공하는 것이고, 무기 재료의 증착 불량 영역으로 인한 배향막내의 불규칙성으로 인해 액정의 배향 불량이 발생하는 것을 방지하는 것이며, 표시 불량의 발생을 감소시키는 것이다. 이러한 액정 장치용 기판의 제조 방법이 본 발명의 또 다른 목적이다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 액정 장치는, 액정층(50)이 서로 대향하는 한 쌍의 기판(20) 사이에 배치되고, 무기 배향막(36, 42)이 한 쌍의 기판의 액정층측의 표면상에 배치되고, 액정층의 액정 분자(50a)의 평균 프리틸트각(pre-tilt angle)(θ)이 5°≤θ≤20°의 범위이고, 액정층의 액정 분자(50a)의 트위스트각(φ), 셀 갭(d), 및 액정층의 액정 분자의 나선 피치(P)가 다음 식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.
[식 1]
(0.6/360)φ< d/P < (1.4/360)φ
또한, 본 발명의 액정 장치는, 액정층(50)이 서로 대향하는 한 쌍의 기판(20) 사이에 배치되고, 무기 배향막(36, 42)이 한 쌍의 기판의 액정층측의 표면상에 배치되고, 액정층의 액정 분자(50a)의 평균 프리틸트각(θ)이 5°≤θ≤20°의 범위이고, 액정층의 액정 분자(50a)의 트위스트각(φ), 셀 갭(d), 및 액정층의 액정 분자의 나선 피치(P)가 다음 식 2를 만족하는 것을 특징으로 한다.
[식 2]
(0.8/360)φ< d/P < (1.6/360)φ
무기 배향막을 사용하는 액정 장치내에 무기 배향막의 취약한 배향 균일성에 의해 발생되는 배향 불량을 회피하기 위해, 본 발명의 발명자는 다양한 실험 및 연구 후에 "나선 피치(helical pitch)"와 같은 액정 재료의 특징을 연구했으며, 액정 장치의 셀 갭과 액정층의 나선 피치 사이의 비를 소정 범위의 값으로 설정함으로써 무기 배향막을 사용하는 액정 장치에서 배향 불량이 방지될 수 있음을 발견했다. 이렇게 함으로써, 배향불량과 감소된 콘트라스트로 인한 광누설과 같은 어떠한 표시 불량 특성이 없는 액정 장치가 실현될 수 있다. 본 명세서에 기술된 나선 피치는, 배향 균일성이 주어지지 않은 조건하에서 액정층내의 액정 분자의 주축을 일방향으로 360° 회전시킨 것에 상응하는 액정층의 길이이다. 셀 갭(d)과 나선피치(P) 사이의 d/P 비의 범위를 결정하는 이유는 실험 결과를 참조하여 설명할 것이다.
본 발명의 발명자에 의한 실험으로부터의 데이터에 따르면, 상기한 바와 같이, 셀 갭(d)과 나선 피치(P) 간의 d/P 비는, 5°≤θ≤20°와 θ>20°과 같은 액정층내의 액정 분자의 평균 프리틸트각(θ)의 2개의 다른 범위에 따른 상기 식 1과 식 2와 같은 2개의 다른 공식으로 일반화될 수 있다. 무기 배향막의 경우, 특히 사방 증착 방법에서 배향막을 형성할 때, 배향막을 형성하는 주상 구조물은 기판의 표면 형상과 같은 요인에 상응하여 균일하지 않게 된다. 따라서, 이러한 조건에 따르면, 프리틸트각이 기판상의 위치에 따라 다를 것이고 식 1 및 식 2는 바람직하게는 전체 기판의 평균 틸트각으로서 결정되는 프리틸트각에 따라 선택될 수 있는 것으로 기대되기 때문에, "평균 프리틸트각"과 같은 용어가 본 명세서에 사용된다.
무기 배향막상의 프리틸트각을 제어하기 위해, 각종 방법이 채용될 수 있다. 무기 재료를 기판상에 일정방향으로 증착하는 것에 의해 무기 증착막을 형성하고, 기판 내부에서 다른 각도로부터 진공 조건에서 2회째 증착하고, 또한 무기 증착막상에 다른 무기 증착막을 형성함으로써, 배향막을 형성하는 방법에 의해 통상 5°≤θ≤20°범위의 프리틸트각이 비교적 용이하게 얻어질 수 있다. 배향막의 구조를 설명하기 위해, 양 사방 증착막을 형성하도록 일 방향으로 기울어진 무기 재료의 주상 구조물을 갖는 사방 증착막의 2개의 막으로 이루어지는 무기 재료의 주상 구조물의 경사 방향은, 기판면 내부의 방위각 방향이 상이한 배향막이기만 하면 5°≤θ≤20°와 같은 프리틸트각을 실현할 수 있다.
또한, 2회로 실행된 상기 증착과는 달리, θ>20°와 같은 프리틸트각은 배향막이 일단 증착에 의해 형성되면 비교적 쉽게 얻어질 수 있다. 배향막의 구조를 설명하기 위해서, θ>20°와 같은 프리틸트각은 배향막이 일정 방향으로 기울어진 무기 재료로 제조된 사방 증착막의 주상 구조물로 제조되기만 하면 실현될 수 있다.
무기 배향막에 대한 특정한 재료에 대해서는, 산화실리콘(SiO), 산화티타늄(TiO2), 불화마그네슘(MgF)이 사용될 수 있으며, SiO가 가장 일반적으로 사용된다.
본 발명의 투사형 표시 장치에는 본 발명의 임의의 액정 장치가 제공되며, 본 발명의 투사형 표시 장치는 광원, 광원으로부터 출사(出射)된 빛을 변조하는 액정 장치, 및 액정 장치에 의해 변조된 빛을 확대하여 투사 스크린상에 빛을 투영하는 확대 투영 광학 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 구성에 따르면, 본 발명의 액정 장치를 사용함으로써, 액정의 배향 불량으로 인한 어떠한 낮은 콘트라스트도 없는 투사형 표시 장치가 높은 표시 품질로 실현될 수 있다.
또한, 다양한 실험이 실행되었고 실험 결과는 무기 사방 증착막에 의해 형성된 배향막의 하지층의 단차부내에 또는 그 부근에 발생된 무기 재료의 증착 결함 영역으로 인한 발생 또는 불량 배향막을 방지하도록 본 발명의 발명자에 의해 평가되었다. 그 이유는, 배향막의 하지층의 표면상의 단차부에 의해 차광된 영역내에서 증착이 거의 불가능하고, 따라서, 이러한 영역은 다수의 배선과 다수의 절연막이 형성되는 소자 기판이 특정 각도로 고정되고 그 후 무기 재료의 일 방향 증착에 의해 배향막을 형성할 때 증착 결함 영역이 되기 때문이다.
더욱이, 다양한 실험을 행하고 실험 결과를 평가한 후, 본 발명의 발명자는, 기판상에 형성된 무기 사방 증착막으로 제조된 무기 배향막이 기판의 표면상에 단차부를 가질 때 그 방향이 적어도 기판의 표면 내부의 표면을 따르는 사방 증착의 방위각 방향을 변경하고, 사방 증착을 2회 또는 그 이상 실행하는 것이 바람직함을 발견했다. 보다 상세하게는, 본 발명자는, 단차부를 갖는 하지층 표면이 형성되는 기판상에 무기 재료를 일정 방향으로 사방 증착함으로써 제 1 무기 사방 증착막을 형성하고, 기판면내의 방위각 방향이 제 1 사방 증착막의 형성 단계에서의 무기 재료의 사방 증착의 방향과는 적어도 다른 방향으로부터 무기 재료의 사방 증착에 의해 단차부에 인접한 영역내에 또한 제 1 무기 사방 증착막상에 제 2 무기 사방 증착막을 형성하는 것과 같은 방법을 발견했다. 본 방법에 따르면, 제 1 및 제 2 무기 사방 증착막은 기울어진 무기 재료의 주상 구조물에 의해 형성된다. 제 1 무기 사방 증착막을 형성하는 무기 재료의 주상 구조물의 경사 방향과 제 2 무기 사방 증착막을 형성하는 무기 재료의 주상 구조물의 경사 방향은 기판면내의 방향을 따르는 방위각이 다르므로 상이하다. 이러한 제 1 및 제 2 무기 사방 증착층을 갖는 무기 배향막이 형성되는 액정 장치에 있어서, 상기 문제가 해결된다.
또한, SiO로 제조된 사방 증착막에 의해 액정 패널용 배향막을 형성하는 경우에, 사방 증착이 2회 수행되는 방법은 M.R.Johnson과 P.A.Penz가 발표한 IEEETrans. Electron. Device, Vol. ED-24(7), 805(1977)으로부터 공지되어 있다. 그러나, 이 개시내용의 액정 장치는 단일 매트릭스형 직시형 액정 패널이다. 이 액정 장치는 본 발명의 액정 프로젝터내의 투사 광원용 액정 장치만큼 작지 않으며, 본 액정 장치는 화소 전극의 화소 피치가 20㎛ 정도로 미세하고 배향막의 하지층이 주사선과 데이터선으로 인해 단차부를 갖는 액티브 매트릭스형 액정 패널이 아니다.
또한, 상기 종래 기술에서 사방 증착을 2회 수행하는 목적은 액정 분자의 프리틸트각을 단일 매트릭스형 직시 액정 패널에서의 20°보다 작게하기 위함이다. 따라서, 무기 배향막의 하지층의 표면상의 단차가 큰 경우에, 단차부에 인접한 영액내의 무기 재료의 증착 결함 영역의 발생을 방지하는 것은 종래에 처리되지 않았다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 액정 장치에 있어서, 액정층은 서로 대향하는 한 쌍의 기판 사이에 배치되고, 무기 배향막은 한 쌍의 기판의 액정층측의 표면상에 배치되며, 무기 배향막의 적어도 하나의 하지층이 단차부를 갖는다. 또한, 단차부를 갖는 하지층상에 형성된 무기 배향막은 제 1 무기 사방 증착막과 단차부에 인접한 영역내에 또한 제 1 무기 사방 증착막상에 형성된 제 2 무기 사방 증착막을 포함한다. 제 1 및 제 2 무기 사방 증착막은 기울어진 무기 재료의 주상 구조물로 제조된다. 제 1 및 제 2 사방 증착막 양자를 형성하는 무기 재료의 주상 구조물의 경사 방향의 방위각 방향은 기판면내에서 상이하다.
이러한 구성을 갖는 액정 장치에 따르면, 상기 단차부를 갖는 하증상에 형성된 무기 배향막은 기울어진 무기 재료의 주상 구조물에 의해 형성된 제 1 무기 사방 증착막과 제 2 무기 사방 증착막을 포함하며, 제 2 무기 사방 증착막의 무기 재료의 주상 구조물의 경사의 기울어진 방향은, 적어도 방위각 방향에 관해서, 제 1 무기 사방 증착막의 주상 구조물의 기울어진 방향과는 다르다. 또한, 제 2 무기 사방 증착막이 상기 단차부에 인접한 영역내에 형성되기 때문에, 20㎛ 또는 그 이하 정도의 미세한 화소 피치가 형성될 지라도, 상기 단차부에 인접한 영역내에 무기 재료의 균일하지 않은 증착 또는 불충분한 증착의 발생은 감소될 수 있다. 따라서, 화소 피치가 20㎛ 또는 그 이하 정도로 미세할 지라도, 하지층의 표면상에 단차부를 갖는 하지층상에 형성된 무기 배향막은 결함이 없을 수 있고, 결함 배향막으로 인한 액정의 결함 배향이 방지될 수 있으며, 낮은 콘트라스트와 같은 결함 표시의 발생이 방지될 수 있다. 이러한 효과는 또한 화소 피치가 15㎛ 또는 그 이하 정도로 미세할 지라도 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명의 액정 장치에 있어서, 액정층은 서로 대향하는 한 쌍의 기판 사이에 배치되고, 다수의 화소 전극은 매트릭스로 배치되며, 다수의 화소 전극을 구동하는 다수의 스위칭 장치와 다수의 스위칭 장치에 각각 접속된 다수의 데이터선과 다수의 주사선은 2개의 기판 중의 한 쪽에 제공된다. 대향 전극이 다른 쪽 기판상에 제공되고, 무기 배향막은 2개의 기판의 액정측의 표면상에 각각 제공되며, 스위칭 장치가 제공되는 측면상의 무기 배향막의 적어도 하나의 하지층은 그 표면상에 단차부를 갖는다. 단차부를 갖는 하지층상에 형성된 무기 배향막은 제 1 무기 사방 증착막과 단차부에 인접한 영역내와 제 1 무기 사방 증착막상에 형성된제 2 무기 사방 증착막을 포함한다. 제 1 및 제 2 무기 사방 증착막은 기울어진 무기 재료의 주상 구조물로 제조된다. 제 1 및 제 2 사방 증착막을 구성하는 무기 재료의 주상 구조물의 경사 방향의 방위각 방향은 기판의 면내방향을 따라서 다르다.
이러한 액정 장치에 있어서, 상기 단차부를 갖는 하지층상에 형성된 무기 배향막은 기울어진 무기 재료의 주상 구조물에 의해 형성된 제 1 무기 사방 증착막과 제 2 무기 사방 증착막을 포함하며, 제 2 무기 사방 증착막의 무기 재료의 주상 구조물의 경사의 방향은 적어도 방위각 방향에 관해서 제 1 무기 사방 증착막의 주상 구조물의 경사의 방향과는 상이하다. 또한, 이 제 2 무기 사방 증착막이 상기 단차부에 인접한 영역내에 형성되기 때문에, 상기 단차부에 인접한 영역내에서의 무기 재료의 균일하지 않은 증착 또는 불충분한 증착의 발생은 감소될 수 있다. 따라서, 화소 피치가 20㎛ 또는 그 이하 정도로 미세할 지라도, 하지층의 표면상에 단차부를 갖는 하지층상에 형성된 무기 배향막은 결함이 없을 수 있고, 결함 배향막으로 인한 액정의 결함 배향이 방지될 수 있으며, 낮은 콘트라스트와 같은 결함 표시의 발생이 방지될 수 있다. 이러한 효과는 또한 화소 피치가 15㎛ 또는 그 이하 정도로 미세할 지라도 얻어질 수 있다.
또한, 본 발명에 있어서, 화소를 구성하기 위해 스위칭 장치가 제공되는 기판상의 구성요소는 주사선(게이트) 및 데이터선, 이들 선에 접속된 스위칭 장치, 화소 전극, 및 보조 용량(축적 용량) 등이다. 대향 전극이 제공되는 기판 상에서, 화소의 구성 부분은 차광막(블랙 매트릭스), 대향 전극 등이다. 화소 피치는, 예컨대, 화소 전극 피치 등이다.
또한, 본 발명의 임의의 구조를 갖는 액정 장치에 있어서, 상기 제 1 무기 사방 증착막을 형성하는 무기 재료의 주상 구조물의 경사 방향과 상기 제 2 무기 사방 증착막을 형성하는 무기 재료의 주상 구조물의 경사의 방향은 방위각 방향에 대해서 90°만큼 다를 수 있다. 보통의 액티브 매트릭스형 액정 장치의 경우에, 데이터선과 주사선은 행렬과 같이 거의 직교하는 방식으로 교차하고 있고, 배향막은 방위각 방향이 90°만큼 상이한 방향으로부터 2회 증착을 실행함으로써 서로 교차하는 단차부에 인접한 영역내에 단단히 배치될 수 있다.
또한, 본 발명의 임의의 구성을 갖는 액정 장치에 있어서, 제 1 무기 사방 증착막의 두께는 바람직하게는 5㎚ 내지 16㎚ 이어야하고, 제 2 무기 사방 증착막의 두께는 바람직하게는 10㎚ 내지 40㎚ 이어야한다.
제 1 무기 사방 증착막의 두께가 5㎚ 이하이면, 액정 분자에 대하여 프리틸트각이 배열되지 않고, 이러한 조건은 배향불량을 일으킬 수도 있다. 두께가 16㎚ 이상이면, 제 2 무기 증착막에 의해 얻어져야 하는 효과가 불충분하게 얻어질 수 있으며, 따라서, 액정 분자의 프리틸트각은 20°보다 크게 된다.
제 2 무기 사방 증착막의 두께가 10㎚ 이하이면, 제 2 무기 사방 증착막의 주상 구조물이 제 1 무기 사방 증착막을 형성하는 무기 재료의 주상 구조물의 단차을 메우는 효과가 불충분하게 되며, 따라서 액정 분자의 프리틸트각은 20°보다 크게 된다. 제 2 무기 사방 증착막의 두께가 40㎚보다 크다면, 제 1 무기 사방 증착막을 형성하는 무기 재료의 주상 구조물의 단차는 메워지며, 따라서, 액정 분자에프리틸트각이 부여되지 않고, 그러므로 배향시 어떠한 프리틸트도 없다.
또한, 본 발명의 임의의 구성을 갖는 액정 장치에 있어서, 상기 액정층의 액정의 평균 프리틸트각은 바람직하게는 5° 내지 15° 이어야한다.
또한, 본 발명의 임의의 구성을 갖는 액정 장치에 있어서, 산화실리콘으로 제조된 사방 증착막은 상기 무기 배향막용으로 사용될 수 있다.
무기 배향막을 형성하도록 기판상에 형성된 표면상에 단차부를 갖는 하지층상에 무기 재료를 사방 증착함으로써 액정 장치용 기판을 제조하는 방법에 있어서, 본 발명의 액정 장치용 기판을 제조하는 방법은, 제 1 무기 사방 증착막을 형성하도록 단차부를 갖는 하지층이 기판의 표면상에 형성되는 기판상에 무기 재료를 일 방향으로 진공 증착하는 것에 의한 제 1 사방 증착 단계와, 단차부에 인접한 영역내에 또한 제 1 무기 사방 증착막상에 제 2 사방 증착막을 형성하도록 적어도 제 1 사방 증착 단계에서의 무기 재료의 사방 증착 방향과는 다른 기판 내부의 방위각으로부터 무기 재료를 사방 증착하는 것에 의한 제 2 사방 증착 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 액정 장치용 기판을 제조하는 방법에 따르면, 제 1 및 제 2 사방 증착 단계가 배열되고, 제 1 사방 증착 단계에서의 무기 재료의 사방 증착 방향과 제 2 사방 증착 단계에서의 무기 재료의 사방 증착 방향은 적어도 기판의 내면 방향을 따르는 방위각에 관해서 상이하다. 그러므로, 무기 재료가 제 1 사방 증착 단계에서 진공 증착 되지 않는 영역이 있을지라도, 무기 재료는 제 2 사방 증착 단계에서 이러한 영역에 진공 증착될 수 있다. 제 1 사방 증착 단계에 있어서, 단차부에 인접한 영역은 그림자내에 있을 수 있으며, 따라서, 제 1 무기 사방 증착막이 형성되지 않는 영역이 있을 수도 있다. 제 2 사방 증착 단계에 있어서, 무기 재료의 사방 증착을 제 1 사방 증착 단계에 채용된 방위각 방향과는 다른 방위각 방향에서 실행함으로써, 제 2 무기 사방 증착막은 무기 사방 증착막이 제 1 사방 증착 단계에서의 단차부에 의한 그림자로 인해 형성되지 않는 영역상에 무기 재료의 증착을 실행함으로써 형성될 수 있다. 또한, 이 제 2 사방 증착 단계에 있어서, 제 2 무기 사방 증착막은 단차부에 인접한 영역뿐만 아니라, 적어도 단차부의 양측상의 제 1 무기 사방 증착막상에 형성된다. 이러한 구성을 갖는 액정 장치용 기판을 제조하는 방법에 따르면, 본 발명의 임의의 구성을 갖는 액정 장치를 위해 제공될 수 있는 액정 장치용 기판이 제조될 수 있다.
또한, 본 발명에서의 상기 구성을 갖는 액정 장치용 기판을 제조하는 방법에 있어서, 바람직하게는 제 1 무기 사방 증착막이 형성될 수 있고, 바람직하게는 제 2 무기 사방 증착막이 단차부에 인접한 영역내와 제 1 무기 사방 증착막상에 형성될 수 있으며, 따라서, 제 1 사방 증착 단계에서의 무기 재료의 사방 증착의 방향과 제 2 사방 증착 단계에서의 무기 재료의 사방 증착의 방향은 바람직하게는 방위각 방향에 관해서 대략 또는 정확히 90°로 달라야 한다. 보통의 액티브 매트릭스형 액정 장치의 경우에, 데이터선과 주사선은 매트릭스내에서 거의 직각으로 교차하며, 따라서, 배향막은 다른 방위각 방향으로부터 증착을 2회 실행함으로써 서로 교차하는 각 단차부에 인접한 영역내에 신뢰성 있게 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 임의의 구성을 갖는 액정 장치용 기판을 제조하는 방법에있어서, 기판으로부터 제 1 사방 증착의 무기 재료의 증착 각도는 바람직하게는 5° 내지 10° 이어야 하고 기판으로부터 제 2 사방 증착의 무기 재료의 증착 각도는 바람직하게는 25° 내지 30° 이어야 한다.
기판으로부터 제 1 사방 증착에서의 사방 증착 방향의 증착 각도가 5° 이하이면, 형성된 주상 구조물의 밀도가 너무 낮고, 따라서, 액정 분자의 배향 방향이 불안정하게 되고, 기판의 면내방향을 따라는 면내부에서의 배향 균일성을 잃게 된다.
기판으로부터의 사방 증착 방향의 증착 각도가 10° 이상이면, 형성된 주상 구조물의 밀도는 높게 되고, 제 1 무기 사방 증착막의 주상 구조물의 단차가 제 2 무기 사방 증착막의 주상 구조물에 의해 메워지는 효과는 거의 얻어질 수 없으며, 따라서, 결과적으로, 이 기판으로 액정 장치를 제조할 때 액정 분자의 배향에서의 어떠한 프리틸트도 없는 영역이 확장된다.
제 2 사방 증착 단계에서 기판으로부터의 사방 증착 방향의 증착 각도가 25° 이하이면, 제 1 무기 사방 증착막의 주상 구조물의 간극이 제 2 무기 사방 증착막의 주상 구조물에 의해 메워지는 효과는 거의 얻어질 수 없다. 기판으로부터의 사방 증착의 증착 각도가 30° 이상이면, 형성된 층에서의 이방성을 잃게 되고, 따라서, 액정 분자를 배향하는 기능을 잃게 된다.
또한, 본 발명의 임의의 구성을 갖는 액정 장치용 기판을 제조하는 방법에 있어서, 제 1 사방 증착 단계 또는 제 2 사방 증착 단계 중의 어느 하나에서, 사방 증착 방향은, 무기 사방 증착막이 사방 증착을 2회 실행함으로써 별개로 형성될 수있는 효과가 무기 재료의 사방 증착에서 향상될 수 있으므로 하지층의 표면상에 형성된 단차부의 구성과 배치에 따라 선택되어야 하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 하지층의 표면상에 높은 단차부와 낮은 단차부가 있는 경우에, 무기 재료의 사방 증착은 바람직하게는 제 1 사방 증착 단계에서 낮은 단차부의 방향으로부터 실행되어야 하고, 무기 재료의 사방 증착은 바람직하게는 기판의 면내방향을 따르는 방위각 방향이 제 2 사방 증착 단계에서 적어도 제 1 사방 증착 단계에서의 무기 재료의 사방 증착 방향과는 상이하도록 실행되어야 한다. 상기 언급된 바와 같이, 제 1 사방 증착 단계는 좁은 각도에서 기판의 표면상에서 실행되고, 제 2 사방 증착 단계는 넓은 각도에서 기판의 표면상에서 실행된다. 이러한 경우에 있어서, 제 1 사방 증착 단계에서 비무기막 영역과 같은 그림자인 차광 부분은 작게 되고, 따라서, 배향막은 보다 신뢰성있게 형성된다.
또한, 상기 방법에 따라서 사방 증착이 실행되어야 하는 이유는 하기의 설명으로부터 이해될 수 있다.
도 16에 도시된 바와 같이, 산화실리콘의 증착 각도으로서의 θ, 배선(9c)과 기판(10a)의 표면 사이의 단차의 높이로서의 ΔZ, 무기 사방 증착막이 단차의 차광으로 인해 형성되지 않은 무배향막 영역의 폭으로서의 ΔL 사이의 관계가, 배선(9c)이 기판(10d)의 표면상에 형성되고 산화실리콘(SiO)의 사방 증착이 일정 방향(S)으로부터 기판(10d)의 표면상에 실행되는 조건하에서 연구되었다. 상기 연구의 결과가 도 17에 도시되어 있다. 사방 증착 방향(S)은 배선(9c)에 직교하는 방향이다.
도 17에 도시된 바와 같이, 무기 사방 증착막이 형성되지 않는 무배향막 영역의 폭으로서의 ΔL은 사방 증착 각도(S)에 관계없이 단차의 높이로서의 ΔZ에 따라서 증가한다. 그러므로, 상기 결과로부터, 무기 사방 증착막이 형성되지 않는 무배향막 영역의 폭으로서의 ΔL은 제 1 사방 증착 단계에서 낮은 단차부의 방향으로부터 무기 재료의 사방 증착을 수행함으로써 감소될 수 있으며, 따라서, 배향막이 제 1 사방 증착 단계에서 가능한 한 크게 형성될 수 있고, 제 2 사방 증착 단계에서 보상되어야 하는 영역이 저감될 수 있음을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 임의의 구성을 갖는 액정 장치용 기판을 제조하는 방법에 있어서, 제 1 사방 증착 단계에서 형성된 무기 사방 증착막의 두께는 바람직하게는 5㎚ 내지 16㎚ 이어야하고, 제 2 사방 증착 단계에서 형성된 무기 사방 증착막의 두께는 바람직하게는 10㎚ 내지 40㎚ 이어야한다.
제 1 무기 사방 증착막의 두께가 5㎚ 이하인 경우, 프리틸트각은 액정 분자에 제공되지 않고, 이러한 조건이 배향불량을 일으킬 수도 있다. 두께가 16㎚ 이상인 경우, 제 2 무기 사방 증착막에 의해 얻어져야 하는 효과는 충분히 얻어질 수 없으며, 따라서, 액정 분자의 프리틸트각은 20°보다 작게 된다.
제 2 무기 사방 증착막의 두께가 10㎚ 이하인 경우, 이 제 2 무기 사방 증착막의 주상 구조물이 제 1 무기 사방 증착막을 조직하는 무기 재료의 주상 구조물의 단차를 메우는 효과는 불충분하게 되고, 따라서, 액정 분자의 프리틸트각은 20°보다 커진다. 제 2 무기 사방 증착막의 두께가 40㎚ 이상인 경우, 제 1 무기 사방 증착막을 조직하는 무기 재료의 주상 구조물의 단차가 메워지고, 따라서, 프리틸트각은 액정 분자에 제공되지 않으며, 그러므로 배향시 어떠한 프리틸트도 없다.
또한, 본 발명의 임의의 구성을 갖는 액정 장치용 기판을 제조하는 방법에 있어서, 산화실리콘이 상기 무기 재료로서 사용될 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명의 투사형 표시 장치에는 본 발명의 임의의 액정 장치가 제공되며, 본 발명의 투사형 표시 장치는, 광원과, 광원으로부터 출사된 빛을 변조하는 액정 장치와, 액정 장치에 의해 변조된 빛을 확대하고 빛을 투사면에 투영하는 확대 투영 광학 시스템을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서의 이 구성을 갖는 투사형 표시 장치에 따르면, 본 발명의 임의의 액정 장치를 사용함으로써, 액정의 배향 불량으로 인한 낮은 콘트라스트를 갖지 않고 표시 품질이 높은 투사형 표시 장치가 실현될 수 있다.
도 1은 본 발명의 제 1 및 제 3 실시예에서의 액정 장치의 화상 표시 영역을 형성하는 다수의 화소내에 매트릭스로 제공된 각종 소자 및 배선을 도시하는 등가 회로도,
도 2는 액정 장치의 TFT 어레이 기판상에서 서로 인접한 다수의 화소군을 도시하는 평면도,
도 3은 도 2에서의 A-A' 선을 따라 취한 단면도,
도 4는 도 2에서의 C-C' 선을 따라 취한 단면도,
도 5는 액정 장치의 제 1 사방 증착막과 사방 증착 방향(SA)을 따라서 인접한 영역을 도시하는 단면도,
도 6은 액정 장치의 단차부에 인접한 영역내의 제 2 사방 증착막과 사방 증착 방향(SB)을 따라서 인접한 영역을 도시하는 단면도,
도 7은 TFT 어레이 기판이 위치하는 측면의 사방 증착 방향을 도시하는 도면,
도 8은 대향 기판이 형성되는 측면의 사방 증착 방향을 도시하는 도면,
도 9는, 대향 기판측에서 본, 실시예의 액정 장치의 TFT 어레이 기판과 기판상에 형성된 각종 소자를 도시하는 평면도,
도 10은 도 9에서의 H-H' 선을 따라 취한 단면도,
도 11은 액정 장치를 사용하는 전자 장치의 일례인 투사형 표시 장치를 도시하는 도면,
도 12 내지 도 15는 제조 방법의 각 단계에 따른 액정 장치에 대한 제조 공정을 도시하는 도면,
도 16은, 산화실리콘의 증착 각도로서의 θ와 단차의 높이로서의 ΔZ와 무기 사방 증착막이 형성되지 않는 무배향막 영역의 폭으로서의 ΔL 사이의 관계를 검사하기 위한 도면,
도 17은, 산화실리콘의 증착 각도로서의 θ와 단차의 높이로서의 ΔZ와 무기 사방 증착막이 형성되지 않는 무배향막 영역의 폭으로서의 ΔL 사이의 관계를 도시하는 도면,
도 18은 종래의 액정 장치의 일예를 도시하는 단면도,
도 19는 무기 사방 진공 증착막으로 제조된 배향막이 형성되는 종래의 액정 장치용 기판의 단차부에 인접한 영역을 도시하는 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
3a : 주사선 6a : 데이터선
9a : 화소 전극 10 : TFT 어레이 기판
20 : 대향 기판 30 : 화소 스위칭용 TFT
36, 42 : 무기 배향막 36a : 제 1 무기 사방 증착막
36b : 제 2 무기 사방 증착막 50a : 액정 분자
50 : 액정층 80 : 단차부
SA, SB: 사방증착 방향 θ1, θ2: 증착 각도
φ : 트위스트각 θp: 프리틸트각
80a : 단차부의 근방 영역
80b : 단차부의 근방 영역을 제외한 영역
(제 1 실시예)
도 1 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 제 1 실시예에서의 액정 장치의 구조를 설명한다. 본 발명의 본 실시예에서의 액정 장치는 투사형 액정 표시 장치의 라이트밸브로서 사용되는 액티브 매트릭스형 액정 장치의 예이다.
도 1은 액정 장치의 화상 표시 영역을 형성하는 다수의 화소내에 매트릭스로 제공된 각종 소자와 배선과 같은 등가 회로를 도시하는 도면이다. 도 2는 데이터선, 주사선, 및 화소 전극이 형성되는 TFT상에서 서로 인접한 다수의 화소군을 도시하는 도면이다. 도 3은 도 2에서의 A-A' 선을 따라 취한 단면도이고, 도 4는 도2에서의 C-C' 선을 따라 취한 단면도이다.
도 3 및 도 4에 있어서, 각 층과 각 소자가 도면에 보일 수 있게 하기 위해 각 층과 각 소자에 따라서 축적은 다르게 하고 있다. 또한, 도 3에 있어서, 각 액정층의 액정의 배향 상태는 2점 쇄선(61)에 의해 둘러싸인 영역으로서만 도식적으로 도시되어 있고, 따라서, 이러한 영역의 나머지 부분의 액정 분자의 배향 상태는 도면에서 생략된다.
도 1에 도시된 바와 같이, 매트릭스로 형성되고 본 실시예의 액정 장치의 화소 표시 영역을 형성하는 다수의 화소상에, 다수의 화소 전극(9a)과 화소 전극(9a)을 제어하는 화소 스위칭용의 다수의 TFT(30)가 매트릭스로 형성되어 있고, 화상 신호를 공급하는 데이터선(6a)이 TFT(30)의 소스 영역에 전기적으로 접속되어 있다.
데이터선(6a)에 기록된 화소 신호(S1, S2 내지 Sn)는 그 순서로 선순차로 순서로 제공될 수도 있고, 또한 화소 신호(5)는 서로 인접한 데이터선(6a)으로 이루어지는 군 별로 공급될 수도 있다. 또한, 주사선(3a)이 TFT(30)의 게이트에 전기적으로 접속되어 있고, 주사 신호(G1, G2 내지 Gm)가 소정 타이밍으로 이러한 선순차의 펄스로 주사선(3a)을 따라 인가된다. 화소 전극(9a)은 화소 스위칭 TFT(30)의 드레인 영역에 전기적으로 접속되어 있고, 데이터선(6a)으로부터 공급된 화상 신호(S1, S2 내지 Sn)는 소정 기간 동안만 스위칭 소자로서의 TFT(30)를 개방함으로써 소정 타이밍에서 기재된다. 소정 레벨로 화소 전극(9a)을 통해 기록된 화상 신호(S1, S2 내지 Sn)는 소정 기간 동안 대향 기판상에 형성된 대향 전극 사이에서유지된다. 대향 전극과 대향 기판은 이하에 상세하게 설명될 것이다. 여기서, 부가되며 유지된 화상 신호의 누설을 방지하도록 화소 전극(9a)과 대향 전극 사이에 형성된 액정 용량과 병렬로 축적 용량(70)이 부가된다. 축적 용량(70)을 형성하는 방법에 있어서, 반도체층 사이에서 용량을 형성하는 배선인 용량선(3b)이 제공된다. 또한, 용량선(3b)을 제공하는 대신, 용량이 화소 전극(9a)과 전단(前段)인 주사선(3a) 사이에 형성될 수도 있다.
다음으로, 도 2에 따라서, 본 발명의 액정 장치의 TFT 어레이 기판의 화소 영역(화상 표시 영역) 내부에서의 일반적인 구성을 상세하게 설명한다.
도 2에 도시된 바와 같이, 액정 장치의 TFT 어레이 기판상에, 다수의 투명 화소 전극(9a)이 매트릭스로 제공되고, 화소 전극의 윤곽이 점선(9A)으로 도시되어 있다. 데이터선(6a), 주사선(3a) 및 용량선(3b)은 화소 전극(9a)의 수평 경계와 수직 경계를 따라서 제공된다. 데이터선(6a)은 콘택트 홀(5)을 통해 폴리실리콘으로 이루어지는 반도체층(1a)의 임의의 하나의 소스 영역(후술됨)에 전기적으로 접속되어 있고, 화소 전극(9a)은 콘택트 홀(8)을 통해 반도체층(1a)의 드레인 영역의 임의의 하나에 전기적으로 접속된다. 화소 전극의 피치는 20㎛ 이하로 설정되고, 보다 바람직하게는, 화소 전극의 피치는 15㎛ 이하로 설정된다. 또한, 주사선(3a)은 반도체층 사이에서 도 2에서 사선으로 도시된 바와 같은 채널 영역(후술됨)을 향하도록 배치되며, 따라서, 주사선(3a)은 자체로 게이트 전극으로서 기능한다.
용량선(3b)은 주사선(3a)을 따라 거의 선형적으로 연장하는 본선부[즉, 평면도에서 주사선(3a)을 따라서 형성된 제 1 영역]와, 데이터선(6a)과의 교차점으로부터 데이터선(6a)을 따라서 전단측(도 2에서의 상측 방향)으로 돌출된 돌출부[즉, 평면도에서 데이터선(6a)을 따라서 연장되는 제 2 영역]을 갖는다. 또한, 도 2에서 사선으로 도시된 영역에 있어서, 다수의 제 1 차광막(111)이 제공된다. 보다 상세하게는, 제 1 차광막(111)은 TFT 어레이 기판이 제공되는 측면으로부터 본 화소 영역내에서 반도체층(1a)의 채널 영역을 구비하는 TFT를 덮는 위치에 적소에 제공된다. 더욱이, 제 1 차광막(111)은 용량선(3b)의 본선부에 대향하여 주사선(3a)을 따라서 직선으로 연장하는 본선부와 데이터선(6a)과의 교차점으로부터 데이터선(6a)을 따라서 인접하는 후단(後段)측(도 2에서의 하측 방향)으로 돌출하는 돌출부를 갖는다. 제 1 차광막(111)의 각 단(段)(각 화소선)에서의 하방 돌출부의 선단은 데이터선(6a) 아래에서 다음 단계에서의 용량선(3b)의 상방 돌출부의 선단과 중첩된다. 이 중첩점에 있어서, 제 1 차광막(111)과 용량선(3b)에 각각 전기적으로 접속하는 콘택트 홀(13)이 제공된다. 즉, 본 실시예에 있어서, 제 1 차광막(111)은 콘택트 홀(13)에 의해 전단 또는 후단의 용량선(3b)에 접속된다.
다음으로, 단면 구조를 보면, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 액정 장치는 한 쌍의 투명 기판을 갖고, 한쪽 기판을 이루는 TFT 어레이 기판(10)과 TFT 어레이 기판(10)을 향하게 배치되는 다른 쪽의 기판을 이루는 대향 기판(20)이 제공된다. TFT 어레이 기판(10)상에서, 예컨대 인디움주석산화물(indium tin oxide; 이하'ITO'로 약칭함)과 같은 투명 도전성막으로 제조된 화소 전극(9a)이 제공되고 각 화소 전극(9a)을 제어하도록 스위칭하는 TFT(30)가 TFT 어레이 기판(10)상의 각 화소 전극(9a)에 인접하는 위치에 제공된다. TFT(30)는 LDD(Lightly Doped Drain)구성을 갖고, TFT 어레이 기판(10)에는, 주사선(3a), 주사선(3a)으로부터의 전계에의해 채널이 형성되는 반도체층(1a)의 채널 영역(1a'), 반도체층(1a)으로부터 주사선(3a)을 절연시키는 절연막(2), 데이터선(6a), 반도체층(1a)의 저밀도 소스 영역(1b), 반도체층(1a)의 저밀도 드레인 영역(1c), 반도체층(1a)의 고밀도 소스 영역(1d), 및 반도체층(1a)의 고밀도 드레인 영역(1e)이 제공된다.
또한, 주사선(3a)과 절연막(2)을 구비하는 TFT 어레이 기판(10)상에, 고밀도 소스 영역(1d)과 도통하는 콘택트 홀(5)과 고밀도 드레인 영역(1e)과 도통하는 콘택트 홀(8)이 각각 형성되는 제 2 절연막(4)이 형성된다. 즉, 데이터선(6a)은 제 2 절연막(4)을 관통하는 콘택트 홀(5)을 통해 고밀도 소스 영역(1d)에 전기적으로 접속된다. 또한, 데이터선(6a)과 제 2 절연막(4)상에 제 3 절연막(7)이 형성되며, 콘택트 홀(8)이 제 3 절연막(7)을 관통하여 고밀도 드레인 영역(1e)과 도통하고 있다. 즉, 고밀도 드레인 영역(1e)은 제 2 절연막(4)과 제 3 절연막(7)을 관통하는 콘택트 홀(8)을 통해 화소 전극(9e)에 전기적으로 접속된다. 제 3 절연막(7)과 화소 전극(9e)은 이하에 언급되는 무기 배향막(36)의 하지층(下地層)이며, 하지층의 표면은 주사선(3a)과 용량선(3b)에 의한 단차부(80)를 갖는다. 하지층의 표면에 형성되는 단차부의 높이(Z)는, 화소 피치가 15㎛ 정도의 경우, 200㎛ 내지 600㎛이다.
또한, 축적 용량(70)은 게이트 절연막으로서의 절연막(2)이 대향 위치로부터 주사선(3a)의 일부분으로 이루어진 게이트 전극을 향해 유전체막이 되도록 연장되는 방식으로서 제조되고, 반도체층(1a)은 제 1 축적 용량 전극(1f)이 되도록 연장되며, 또한 축적 용량 전극(1f)을 향하는 용량선(3a)의 일부분은 제 2 축적 용량 전극이 되도록 제조된다. 보다 상세하게는, 반도체층(1a)의 고밀도 드레인 영역(1e)은 데이터선(6a)과 주사선(3a) 아래에서 연장되고, 또한 반도체층(1a)의 고밀도 드레인 영역(1e)은 절연막(2)을 통해 데이터선(6a)과 주사선(3a)을 따라서 연장되는 용량선(3b)에 대향하게 배치되며, 따라서, 제 1 축적 용량 전극(1f)이 제조된다.
또한, 축적 용량(70)에 있어서, 도 2 및 도 3으로부터 이해되는 바와 같이, 제 1 차광막(111)의 축적 용량은, 제 2 축적 용량 전극으로서의 용량선(3b)의 반대측에 있어서 제 3 축적 용량 전극으로서의 제 1 차광막(111)을 제 1 절연막(12)을 통해 제 1 축적 용량 전극(1f)에 대향하도록 배치시킴으로써 증가된다. 이 설명은 도 3의 우측에 도시된 축적 용량(70)에 의해 뒷받침된다.
또한 TFT 어레이 기판(10)의 표면상의 TFT(30)를 스위칭하는 각 화소에 상응하는 위치에, 금속층(M1)과 배리어층(B1)으로 제조된 제 1 차광막(111)이 제공된다. 제 1 차광막(111)과 TFT(30) 사이에, 고 절연성의 유리, 산화실리콘막, 질화실리콘막으로 제조된 제 1 절연막(12)이 제공된다. 또한, 제 1 절연막(12)은 TFT 어레이 기판(10)의 전체 표면상에 형성되고, 제 1 차광막(111) 패턴의 단차를 해소하기 위해, 제 1 절연막(12)의 표면은 연마되고 평탄화 처리가 실행된다.
또한, 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, TFT 어레이 기판(10)상에 제공되는 제 1 차광막(111)에 부가하여, 제 1 차광막(111)은 콘택트 홀(13)을 통해 전단 또는 후단의 용량선(3b)에 접속된다. 따라서, 각 제 1 차광막(111)이 후단의 용량선에 전기적으로 접속되는 경우에 비해, 용량선(3b)과 제 1 차광막(111)이 화소 영역의 개구부의 에지를 따라서 데이터선(6a)과 중첩하도록 형성되는 영역의 나머지 부분인 영역상의 단차는 증가될 필요가 없다. 화소부의 개구부의 에지를 따르는 단차가 작다면, 단차에 따라서 발생되는 액정의 배향불량이 감소하고, 화소부의 마우스 개구부를 개방하는 것이 가능하다.
한편, 대향 기판(20), TFT 어레이 기판(10)상의 데이터선(6a), 주사선(3a), 및 화소 스위칭 TFT(30)가 형성되는 영역과 대향하는 영역, 즉, 각 화소부의 마우스 개구부의 나머지 부분인 영역상에, 제 2 차광막(23)이 제공된다. 더욱이, 제 2 차광막(23)을 구비하는 대향 기판(20)상에, 대향 전극(21)(공통 전극)이 그 전체 표면상에 제공된다. 대향 전극(21)은 ITO막 등과 같은 투명 도전성막으로 이루어지고 TFT 어레이 기판(10)의 화소 전극(9a)도 마찬가지이다. 제 2 차광막(23) 때문에, 대향 기판(20)이 제공되는 측면으로부터의 입사광은 화소 스위칭 TFT(30)의 반도체층(1a)의 채널 영역(1a'), 저밀도 소스 영역(1b), 및 저밀도 드레인 영역(1c)에 들어가지 않는다.
또한, 본 실시예의 경우에, 무기 재료의 사방 증착에 의해 형성된 무기 배향막(36)이 TFT 어레이 기판의 화소 스위칭 TFT(30), 데이터선(6a), 및 주사선(3a)이 형성되는 영역인, 화소 전극(9a)과 같은 제 3 절연막(7)과 같은 표면상에서 단차부(80)를 갖는 하지층상에 제공된다. 보다 상세하게는, 이 단차부(80)는 용량선(3b)상에 형성된 화소 전극(9a)의 볼록부(81)와 이 볼록부(81) 부근의 화소 전극(9)의 오목부(82)로 이루어지는 단차이다. 이 무기 배향막(36)은 제 1 무기사방 증착막(36a)과 제 2 무기 사방 증착막(36b)을 포함한다.
제 1 무기 사방 증착막(36a)은, 제 1 차광막(111), 제 1 절연막(12), TFT(30), 제 2 절연막(4), 제 3 절연막(7), 및 화소 전극(9a)이 특정 각으로 형성되는 TFT 어레이 기판(10)을 고정하고, 산화실리콘과 같은 무기 재료의 사방 증착을 일정 방향으로 실행하고, 소정 각으로 기판상에 배치된 무기 재료의 주상 구조물을 성장시킴으로써 제 1 사방 증착 단계에서 형성된다. 또한, 도 2 및 도 4의 참조부호(SA)는 제 1 사방 증착 단계에서 제 1 무기 사방 증착막(36)을 형성할 때의 무기 재료의 사방 증착의 방향을 지시한다. 이 사방 증착 방향(SA)은 주사선(3a)과 용량선(3b)에 직교하며 도 2에서는 상방 방향이다. 또한, 사방 증착 방향(SA)은 바람직하게는 TFT 어레이 기판(10)에 의해 형성된 증착 각도(θ1)가 도 7에 도시된 바와 같이 5° 내지 10°이어야 한다.
제 1 무기 사방 증착막(36a)은 단차부(80)로 인한 그림자로서의 단차부(80)에 인접한 영역(80a)이 배제되는 영역내에 형성된다. 이 제 1 무기 사방 증착막(36a)은 단차부(80)에 인접한 영역(80a)의 작은 부분상에 형성된다. 이는 무기 재료의 사방 증착이 상기 사방 증착 방향(SA)내에서 실행되는 경우 무기 재료의 증착은 거의 실행될 수 없고, 램프 영역과 같은 단차부(80)에 인접하고 볼록부(81)의 사방 증착 방향(SA)을 따르는 측면 상의 그 부근에서의 영역(80a)이 단차부(80)의 음영이 되기 때문이다.
도 2 및 도 7에 도시된 바와 같이, 제 2 무기 사방 증착막(36b)은, 상기 제 1 사방 증착 단계의 사방 증착 방향(SA)과는 기판의 면내방향을 따르는 방위각 방향(θ)에 관하여 상이한 방향(SB)으로부터 무기 재료의 사방 증착을 실행하고, 기판에 대하여 소정 각으로 열로 배치된 주상 구조물을 성장시키는 것과 같은 제 2 사방 증착 단계에서 형성된다. 이 사방 증착 방향(SB)은 주사선(3a)과 용량선(3b)을 따르고, 사방 증착 방향(SB)은 도 2에서 오른쪽에서 왼쪽의 방향이다. 사방 증착 방향(SB)과 사방 증착 방향(SA) 사이의 방위각 방향은 바람직하게는 90°만큼 달라야 한다. 또한, 도 7에 도시된 바와 같이, TFT 어레이 기판(10)에 의해 만들어진 증착 각도(θ2)는 바람직하게는 25° 내지 30° 이어야 한다.
이 제 2 무기 사방 증착막(36b)은 상기 제 1 무기 사방 증착막(36a)이 형성되지 않는 상기 단차부(80)에 인접한 영역(80a)상에 형성된다. 이 제 2 무기 사방 증착막(36b)은 제 1 무기 사방 증착막(36a)이 형성되지 않는 상기 단차부(80)에 인접한 영역(80a)상에 형성된다. 제 2 사방 증착 단계에서 증착시의 차광은 하지층의 표면의 단차부(80)의 형상과 배치에 따라 발생할 수 있으며, 따라서, 제 2 무기 사방 증착막(36b)은 제 1 무기 사방 증착막(36a)의 전체 표면상에 형성되지 않을 수도 있다. 즉, 제 2 무기 사방 증착막(36b)이 적어도 단차부(80)에 인접한 영역(80a) 상에서 또한 단차부(80)의 양 측상의 제 1 무기 사방 증착막(36a) 상에서 형성되면 충분하다. 따라서, 무기 사방 증착막(36)은 실제로, 제 1 무기 사방증착막(36a) 만이 형성되는 영역과, 제 2 무기 사방 증착막(36b)이 제 1 무기 사방 증착막(36a)상에 형성되는 영역, 및 제 2 무기 사방 증착막(36b) 만이 형성되는 영역과 같은 영역의 혼합물이다.
도 5는 본 실시예의 액정 장치의 제 1 무기 사방 증착막(36a)만이 형성되는 영역을 도시하며 그에 인접한 사방 증착 방향(SA)을 따르는 단면도이다. 도 6은 본 실시예의 액정 장치의 단차부(80)에 인접한 영역(80a)내에 형성된 제 1 무기 사방 증착막이 형성되는 영역을 도시하며, 그에 인접한 사방 증착 방향(SB)을 따르는 단면도이다. 또한, 제 2 무기 사방 증착막(36b)이 제 1 무기 사방 증착막(36a)상에 형성되는 영역의 단면은 도면에서 생략되어 있다. 도 5에 도시된 바와 같이, 제 1 무기 사방 증착막(36a)내의 기울어진 무기 재료의 주상 구조물은 희박하게 제조되고, 인접한 주상 구조물 사이에는 간극(37)이 있다. 한편, 도 6에 있어서, 제 2 무기 사방 증착막(36b)의 기울어진 무기 재료의 주상 구조물은 밀집하게 제조되고 액정층(50)측상의 표면상에서 홈(38)을 형성한다. 또한, 이 제 2 무기 사방 증착막(36b)은 적어도 단차부(80)의 양측상의 제 1 무기 사방 증착막(36a)상에서 형성되고 이러한 영역의 구조는 도 5에 도시된 주상 구조물 사이의 간극(37)이 제 2 무기 사방 증착막(36b)의 주상 구조물로 메워지는 것처럼 된다. 제 1 무기 사방 증착막(36a)을 형성하는 무기 재료의 주상 구조물의 경사의 방향과 제 2 무기 사방 증착막(36b)을 형성하는 무기 재료의 주상 구조물의 경사의 방향 사이에서, 적어도 상기 기판의 면내방향을 따르는 방위각 방향(θ)이 다르며, 이러한 차이는 바람직하게는 90° 이어야 한다.
제 1 무기 사방 증착막(36a)의 두께는 바람직하게는 5㎚ 내지 16㎚, 보다 바람직하게는 8㎚ 내지 10㎚ 이어야 한다. 제 1 무기 사방 증착막(36a)의 두께가 5㎚ 이하이면, 프리틸트각(θp)이 액정 분자(50a)에 주어지지 않고, 따라서, 이러한 조건이 배향불량의 원인이 될 수 있다. 제 1 무기 사방 증착막(36a)의 두께가 16㎚ 이상이면, 제 1 무기 사방 증착막(36b)의 효과는 불충분하게 되고, 따라서, 액정 분자(50a)의 프리틸트각(θp)은 20° 또는 그 이상이 된다.
또한, 제 2 무기 사방 증착막(36b)의 두께는 바람직하게는 10㎚ 내지 40㎚ 이어야 한다. 제 2 무기 사방 증착막(36b)의 두께가 10㎚ 이하이면, 제 2 무기 사방 증착막(36b)의 주상 구조물이 제 1 무기 사방 증착막(36a)을 형성하는 무기 재료의 주상 구조물의 간극(37)을 메우는 효과는 감소되고, 따라서, 액정 분자(50a)의 프리틸트각(θp)은 20°보다 크게 된다. 제 2 무기 사방 증착막(36b)의 두께가 40㎚ 이상이면, 제 1 무기 사방 증착막(36a)을 형성하는 무기 재료의 주상 구조물의 간극(37)이 메워지고, 따라서, 프리틸트각은 액정 분자(50a)에 주어지지 않고, 배향 조건은 어떠한 프리틸트각도 없는 것으로 된다. 이 때문에, 무기 배향막(36)의 평균 두께는 16㎚ 내지 22㎚ 등이다.
한편, TFT 어레이 기판(10)의 배향막과 유사한 형태를 갖는 무기 배향막(42)이 또한 TFT 어레이 기판이 제공되는 측면상의 무기 배향막(36)에 대향하는 위치에 대향 기판(20)의 대향 전극(21)상에 제공된다. 이 무기 배향막(42)은 제 2차광막(23)과 대향 전극(21)이 특정 각으로 형성되는 대향 기판(20)을 고정하는 것과 같은 사방 증착을 2회 실행하고, 산화실리콘과 같은 무기 재료의 증착을 일 방향으로 실행하고, 배향 방향이 상이한 주상 구조물을 기판 상에 성장시키도록 상이한 방향으로부터 제 2 사방 증착을 실행함으로써 형성된다.
도 2 및 도 4에 있어서, 참조부호(SC, SD)는 대향 기판(20)이 형성되는 측면의 무기 배향막(42)을 형성할 때의 무기 재료의 사방 증착 방향이다. 이들 사방 증착 방향(SC, SD)에 관해서, 도 8에 도시된 바와 같이, 대향 기판(20) 사이에 형성된 각(θ3)은 5° 내지 10°이고, 대향 기판(20) 사이에 형성된 각(θ4)은 25° 내지 30° 이다. 대향 기판(20)의 표면상의 단차부의 높이는 TFT 어레이 기판(10)의 경우에 비해 작고, 따라서, 무기 재료의 사방 증착을 시행할 때 단차부에 의해 형성된 음영은 발생하지 않았고, 결함 증착 영역은 생성되지 않는다. 그러므로, 이 관점으로부터, 무기 재료의 사방 증착은 TFT 어레이 기판의 무기 배향막(36)의 경우와 비교해 2회 실행될 필요가 없다. 그러나, 본 실시예에 있어서, 프리틸트각을 5° 내지 20° 내로 설정하기 위해, 사방 증착은 무기 배향막(42)을 형성하도록 대향 기판(20)상에서 2회 실행된다. TFT 어레이 기판과 대향 기판(20)에 있어서, 화소 전극(9a)은 대향 전극(21)을 향하도록 배치된다. 따라서, 이들 기판(10, 20)과 후술된 차폐 재료(51)(도 13 및 도 14 참조)에 의해 둘러싸인 간극에 있어서, 유전 이방성이 양인 액정이 둘러싸이고, 따라서, 액정층(50)이 형성된다. 액정층(50)의 배향은 전계가 화소 전극(9a)으로부터 인가되지 않은 상태하에서(전압 무인가 상태) 무기 배향막(36, 42)의 작용에 의해 소정 조건으로 들어간다. 또한, 본 명세서에 있어서, "전압 인가 상태(voltage-impression-condition)"는 액정층상에 인가된 전압이 액정의 임계 전압 값 또는 그 보다 낮은 값인 것을 의미하고, "전압 무인가 상태(no-voltage-impression condition)"는 액정층에 인가된 접압이 액정의 임계 전압 값 또는 그 보다 높은 값인 것을 의미한다.
제 1 무기 사방 증착막(36a)이 형성되는 영역에 인접한 액정 분자(50a)의 주축은, 전계가 도 5에 도시된 바와 같이 인가되지 않고(전압 무인가 상태), 프리틸트각(θp)이 25° 내지 45°일 때, 사방 증착 방향(SA)을 따르는 방향을 포함하는 표면을 향해 배향된다. 액정 분자(50a)의 이러한 배향은, 상기 언급된 바와 같이, 기울어진 주상 구조물내의 간극(37)을 갖는 제 1 무기 사방 증착막(36a) 때문에, 또한 제 1 무기 사방 증착막(36a)의 액정층(50)의 표면 형상 효과 때문에, 발생된다.
제 2 무기 사방 증착막(36b)이 형성되는 단차부에 인접한 영역내의 액정 분자(50a)의 주축은 도 6에 도시된 바와 같이 전압 무인가 상태하에서 사방 증착 방향(SB)을 따르는 방향을 포함하는 표면을 향해 배향되고, 배향은 프리틸트각(θp)과 거의 0°로 평행하다. 액정 분자(50a)의 이러한 배향은, 상술한 바와 같이, 기울어진 무기 재료의 주상 구조물의 밀집 형성에 의해 얻어진 홈 구조(38)가 액정층(50)이 형성되는 표면상에 형성되도록 제 2 무기 사방 증착막(36b)이 구성되고, 또한 제 2 무기 사방 증착막(36b)의 액정층(50)이 표면 형상 효과를 갖기 때문에 발생된다. 또한, 제 2 무기 사방 증착막(36b)이 제 1 무기 사방 증착막(36a)상에[적어도 단차부(80)의 양측상의 부분] 형성되는 영역에 인접한 액정 분자(50a)는 제 1 무기 사방 증착막(36a)에 인접한 액정 분자(50a)의 프리틸트와 제 2 무기 사방 증착막(36b)에 인접한 액정 분자(50a)의 프리틸트 사이의 프리틸트각을 갖는다. 액정 분자(50a)의 프리틸트각은 제 1 무기 사방 증착막(36a)과 제 2 무기 사방 증착막(36b)의 두께의 비에 의존한다. 액정 분자(50a)의 이러한 배향은, 제 2 무기 사방 증착막(36b)이 제 1 무기 사방 증착막상에 형성되는 영역의 도 5에 도시된 주상 구조물이 제 2 무기 사방 증착막(36b)의 주상 구조물로 메워지도록 구성되고, 또한 이러한 구성을 갖는 액정층(50)이 표면 형상 효과를 갖기 때문에 발생한다.
배향막의 상기 구성에 따르면, 본 실시예의 액정층(50)의 액정 분자(50a)의 평균 프리틸트각(θp)은 5° 내지 20° 사이로 설정된다. 액정 분자(50a)의 평균 프리틸트각(θp)은 제 1 무기 사방 증착막(36a)과 제 2 무기 사방 증착막(36b)의 두께의 비 및 사방 증착 각도(θp,θ2)와 같은 요인을 조정함으로써 실제로 조절될 수 있다. 또한, φ가 액정층(50)의 액정 분자의 트위스트각이고, d가 셀 갭인 조건 하에서, 액정층(50)용으로 사용된 액정 재료의 나선 피치(P)는, 다음의 식 1과 같은 관계를 만족하도록 설정된다.
[식 1]
(0.6/360)φ< d/P < (1.4/360)φ
과 같은 관계식을 만족하도록 설정된다.
보다 상세하게는, 본 실시예의 경우에, TN모드가 액티브 매트릭스형 액정 장치로서의 통상의 표시 방법으로 사용되며, 액정층(50)의 트위스트각(φ)은 90°이다. 각 기판의 무기 배향막(36, 42)의 배향 방향에 관해서, TFT 어레이 기판(10)측상에서, 액정 분자는 도 5에 도시된 바와 같은 제 1 사방 증착 단계의 증착 각도(SA)를 따르는 방향으로 배향되고, 액정 분자는 증착 각도(SC)를 따르는 방향으로 배향되며, 트위스트각은 대향 기판(20)상에서 90°가 된다. 그러므로, 셀 갭(d)이 3㎛인 경우, 식 1은 다음과 같이 식 1'으로 표현될 수 있다.
[식 1']
8.6(㎛) < P < 20(㎛)
그러므로, 본 실시예의 액정 장치는 나선 피치(P)가 상기 식 1'을 만족하는 액정용 재료를 선택함으로써 실현될 수 있다. 나선 피치(P)는 액정의 재료에, 바람직하게는 액정용의 각종 재료 사이에 첨가될 수 있는 카이럴제(chiral complex)의 양을 조정함으로써 조절될 수 있다.
본 실시예의 액정 장치에 있어서, 액정층(50)의 액정 분자(50a)의 평균 프리틸트각(θp)은 5° 내지 20°이다. d/P의 값을 상기 식 1을 만족하도록 액정 장치의 셀 갭과 액정층(50)의 나선 피치(P) 사이의 비로서 설정함으로써, 무기 배향막을 사용하는 종래의 액정 장치에서 발생했던 배향불량이 효과적으로 방지될 수 있다. 또한, 액정 장치는 배향불량에 의한 광누설과 같은 표시 불량이 없을 수 있으며, 따라서, 양호한 콘트라스트를 갖는 액정 장치가 실현될 수 있다. 또한, 무기배향막(36, 42)이 무기 사방 증착막이고, 그러므로, 양호한 내광성 및 내열성이 폴리이미드 등과 같은 유기막의 경우와 비교해 얻어질 수 있으며, 따라서, 이러한 무기 배향막은 액정 라이트밸브에 적합할 수 있다.
(제 2 실시예)
본 발명의 제 2 실시예를 하기에 설명한다.
본 실시예의 액정 장치의 기본적인 구성은 제 1 실시예의 액정 장치와 동일하다. 차이점은 각 기판상의 무기 배향막의 구조와 액정용 재료에 있다. 그러므로, 본 실시예에 있어서는, 단지 이러한 차이점만이 설명될 것이다.
제 1 실시예에 있어서, TFT 어레이 기판(10)상의 무기 배향막(36)과 대향 기판(20)상의 무기 배향막(42)은 2개의 사방 증착에서 형성된 기울어진 방향이 상이한 주상 구조물이다. 이와는 달리, 본 실시예에서는, 이들 무기 배향막(36, 42)은 하나의 사방 증착에 의해 형성된 기울어진 방향이 일 방향으로 배향되는 주상 구조물이다. 즉, 제 1 실시예를 설명하기 위해 사용된 도 2에 있어서, TFT 어레이 기판(10)상에서, 액정 분자의 주축의 방향은 무기 배향막(36)을 형성할 때 사방 증착 방향(SA)을 따르는 방향으로 배향되는 것을 알 수 있다. 또한, 대향 기판(20)측상에서, 액정 분자의 주축의 방향은 무기 배향막(42)을 형성할 때 사방 증착 방향(SC)을 따르는 방향으로 배향되는 것을 알 수 있다.
배향막의 상기 구성에 따르면, 본 실시예의 경우에, 액정층(50)의 액정분자(50a)의 평균 프리틸트각(θp)은 20° 또는 그 이상으로 되도록 설정된다. 액정 분자(50a)의 평균 프리틸트각(θp)은 실제로 사방 증착 각도를 조정함으로써 제어될 수 있다. 또한, φ가 액정층(50)의 액정 분자의 트위스트각이고 d가 셀 갭인 조건 하에서, 액정층(50)용으로 사용되는 액정의 재료의 나선 피치(P)는 식 2를 만족하도록 설정된다.
[식 2]
(0.8/360)φ< d/P < (1.6/360)φ
보다 상세하게는, 제 1 실시예의 경우와 마찬가지로, 트위스트각(φ)이 90°이고 셀 갭(d)이 3㎛인 조건 하에서, 식 2는 다음과 같이 식 2'으로 표현될 수 있다.
[식 2']
7.5(㎛) < P < 15(㎛)
그러므로, 본 실시예의 액정장치는 나선 피치(P)가 상기 식 2'를 만족하는 액정용 재료를 선택함으로써 실현될 수 있다. 나선 피치(P)는 액정의 재료에, 바람직하게는 액정용의 각종 재료 중에 부가되는 카이럴제의 양을 조정함으로써 조절될 수 있다.
본 실시예의 액정 장치에 있어서, 액정층(50)의 액정 분자(50a)의 평균 프리틸트각(θp)은 20° 또는 그 이상이다. d/P의 값을 상기 식 2를 만족하도록 액정 장치의 셀 갭(d)과 액정층(50)의 나선 피치(P) 사이의 비로서 설정함으로써, 무기배향막을 사용하는 종래의 액정 장치에서 발생했던 배향불량이 효과적으로 방지될 수 있다. 또한, 액정 장치는 배향불량으로 인한 광누설과 같은 표시 불량이 없을 수 있으며, 따라서, 양호한 콘트라스트를 갖는 액정 장치가 실현될 수 있다. 따라서, 제 1 실시예의 경우와 유사한 효과가 얻어질 수 있으므로 양호한 내광성 및 내열성을 갖는 액정 장치가 폴리이미드 등과 같은 유기막의 경우와 비교해 얻어질 수 있고, 따라서, 액정 라이트밸브로서 장점이 되는 액정 장치가 실현될 수 있다.
상기 실시예에 있어서, 본 발명이 TFT 소자로서 3단자형 소자를 사용하는 액티브 매트릭스형 액정 장치에 적용된 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명은 또한 TFD 소자와 같은 2단자형 소자를 사용하는 액티브 매트릭스형 액정 장치와 패시브 매트릭스형 액정 장치에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 투과형, 반사형, 또는 반투과반사형에 관계없이, 임의의 유형의 액정 장치에 적용될 수 있다.
TFT 소자에 있어서, 폴리실리콘으로 이루어지는 실리콘 반도체, 또는 단결정 실리콘으로 이루어지는 반도체층이 사용될 수 있다. 단결정 실리콘으로 이루어지는 반도체층을 형성하는 경우에 있어서, 단결정 기판이 SOI(Silicon on Insulator)내에서 지지 기판에 접착되고 그 후 단결정 기판이 박막으로 제조되는 접착 방법이 사용될 수 있다.
(액정 장치의 전체 구성)
다음으로, 액정 장치의 전체 구성을 도 9 및 도 10을 참조하여 설명한다. 도 9는 대향 기판(20)측에서 본 TFT 어레이 기판(10)과 그 상에 형성된 각 소자를도시하는 평면도이다.
도 10은 도 9에서의 H-H' 선을 따라 취한 단면도이고 대향 기판(20)을 도시한다. 도 9 및 도 10에 있어서, 무기 배향막(36, 42)은 생략된다.
도 9에 있어서, TFT 어레이 기판(10)상에서, TFT 어레이 기판(10)의 에지를 따라서 차폐 재료(52)가 제공되고, 프레임으로서 제 2 차광막(23)용 재료와 동일한 재료로 이루어지거나 제 2 차광막(23)용 재료와는 상이한 재료로 이루어지는 제 3 차광막(53)이 차폐 재료(52) 내부에 평행하게 제공된다. 차폐 재료(51)의 외부의 영역에서, 데이터선 구동 회로(101)와 외부 회로 접속 단자(102)는 TFT 어레이 기판의 하나의 부재를 따라서 제공되고, 주사선 구동 회로(104)는 TFT 어레이 기판의 하나의 바닥 부재와 접촉하는 TFT 어레이 기판의 2개의 수직 부재를 따라서 제공된다. 더욱이, TFT 어레이 기판(10)의 부재의 나머지 부분상에서, 화상 표시 영역의 양측상에 제공된 주사선 구동 회로(104)를 접속하기 위한 다수의 배선(105)이 제공된다.
또한, 대향 기판(20)의 적어도 하나의 코너부에서, TFT 어레이 기판(10)과 대향 기판(20) 사이의 전기 도전을 위한 도전 부재(106)가 제공된다. 따라서, 도 10에 도시된 바와 같이, 도 9에 도시된 접착 부재(52)와 거의 동일한 외관을 갖는 대향 기판(20)이 접착 부재(52)에 의해 TFT 어레이 기판(10)상에 고정된다.
도 1 내지 도 10을 참조하여 설명된 바와 같이 각 실시예에서의 액정 장치의 TFT 어레이 기판(10)상에서, 제조 공정 도중 또는 출하시에 액정 장치의 품질을 검사하기 위해 검사 회로 등이 배치된다. 또한, 데이터선 구동 회로(101)와 주사선구동 회로(104)를 TFT 어레이 기판(10)상에 제공하는 대신, 데이터선 구동 회로(101)와 주사선 구동 회로(104)는 TFT 어레이 기판 둘레에 제공된 이방성 필름을 통해, 예컨대, TAB(tape automated bonding) 기판상에 장착된 구동용 LSI에 전기적 및 기계적으로 접속될 수 있다. 또한, 대향 기판(20)의 투사광이 입사하는 측면상에서 또한 출사광이 TFT 어레이 기판(10)으로부터 출사되는 측면상에서, 편광 필름, 위상차 필름, 편광 장치 등은 소정 방향으로, 예컨대 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertically Aligned) 모드, PDLC(Polymer Dispersed Liquid Crystal) 모드에 따라서, 또한 정상 백색(normally-white) 모드 또는 정상 흑색(normally-black) 모드에 따라서 배치된다.
상술된 실시예에서의 액정 장치는 예컨대 컬러 액정 프로젝터(투사형 표시 장치)에 적용될 수 있다. 이 경우에 있어서, 3개의 액정 장치가 적(R), 녹(G), 및 청(B)에 대한 라이트밸브로서 사용되며, 적, 녹, 및 청색을 분산하기 위해 다이크로익 미러(dichroic mirror)를 통해 분산된 각 색광은 투사광으로서 각 라이트밸브에 각각 입사된다. 따라서, 각 실시예에 있어서, 색필터는 대향 전극(20)상에 제공되지 않는다. 그러나, RGB 색필터와 그에 따른 보호막은 제 2 차광막이 형성되지 않은 화소 전극(9a)을 향하여 소정 영역내에서 대향 기판(20)상에서 형성될 수 있다. 이렇게 함으로써, 실시예에서의 액정 장치는, 액정 프로젝터가 아닌 직시형 컬러 액정 텔레비전과 반사형 컬러 액정 텔레비전과 같은 컬러 액정 장치에 적용될 수 있다.
(전자 장치)
본 발명의 실시예의 액정 장치를 사용하는 전자 장치의 예로서, 투사형 표시 장치의 구성을 도 11을 참조하여 설명한다. 도 11의 투사형 표시 장치(1100)에 있어서, 상기 실시예의 3개의 액정 장치가 준비되어 있고, 투사형 액정 장치의 광학 시스템은 각 액정 장치가 적(R), 녹(G), 및 청(B)과 같은 색에 대한 액정 장치(962R, 962G, 962B)로서 사용되도록 구성되어 있다. 본 발명의 투사형 표시 장치의 광학 시스템에 있어서, 광원 장치(920)와 균일 조명 광학 시스템(923)이 채용된다. 또한, 투사형 표시 장치는, 이 균일 조명 광학 시스템(923)으로부터 출사된 광속(W)을 적(R), 녹(G), 청(B)과 같은 색으로 분리하는 수단으로서의 광분리 광학 시스템(924)과, 적(R), 녹(G), 청(B)과 같은 각각의 색광속을 변조하는 변조 수단으로서의 3개의 라이트밸브(925R, 925G, 925B)와, 변조후 색광속을 재합성하는 색합성 수단으로서의 색합성 프리즘(910)과, 합성된 광속을 확대하고 투사면(100)상에 투사하는 투사 수단으로서의 투사 렌즈 유닛(906)을 포함한다. 또한 이 투사형 표시 장치에는 청색광속(B)을 라이트밸브(925B)로 안내하는 도광 광학 시스템(927)이 제공된다.
균일 조명 광학 시스템(923)에는 2개의 렌즈판(921, 922)과 반사 미러(931)가 제공된다. 2개의 렌즈판(921, 922)은 서로 직교하도록 배치되고, 반사 미러(931)는 렌즈판(921, 922) 사이에 배치된다. 균일 조명 광학 시스템(923)의 2개의 렌즈판(921, 923)에는 매트릭스로 배치된 다수의 직사각형 렌즈가 각각 제공된다. 광원 장치(920)로부터 출사된 광속은 부분 광속으로 분할된다. 이들 분할된 광속은 3개의 라이트밸브(925R, 925G, 925B) 부근에서 제 2 렌즈판(922)의 직사각형 렌즈에 의해 중첩된다. 따라서, 균일 조명 광학 시스템(923)를 사용함으로써, 광원 장치(92)의 조명 강도가 출사된 광속의 단면에서 균일하지 않더라도 3개의 라이트밸브(925R, 925G, 925B)를 균일광으로 조명하는 것이 가능하다.
각각의 색분리 광학 시스템(924)은 청녹반사 다이크로익 미러(941), 녹반사 다이크로익 미러(942), 및 반사 미러(943)를 포함한다. 우선, 청녹반사 다이크로익 미러(941)에 있어서, 광속(W)에 포함된 청색광속(B)과 녹색광속(G)은 직각으로 반사되고, 녹반사 다이크로익 미러(942)의 측면으로 보내진다. 적색광속(R)이 이 청녹반사 다이크로익 미러(941)를 통과하고, 청녹반사 다이크로익 미러(941) 뒤에 배치된 반사 미러(943)에서 직각으로 반사되며, 그 후 적색광속(R)의 출사부(944)로부터 색합성 프리즘(910)으로 출사된다.
다음으로, 녹반사 다이크로익 미러(942)에 있어서, 청녹반사 다이크로익 미러(941)에서 반사된 청색광속(B)과 녹색광속(G) 중 녹색광속(G)만이 직각으로 반사되고, 그 후 녹색광속(G)의 출사부(945)로부터 색합성 광학 시스템로 방출된다. 녹반사 다이크로익 미러(942)를 통과한 청색광속(B)은 청색광속(B)의 출사부(946)로부터 도광 광학 시스템(927)측으로 출사된다. 본 예에서, 색분리 광학 시스템에 있어서, 균일 조명 광학 소자의 광속(W)의 출사부와 각 색(944, 945, 946)의 출사부 사이의 거리는 거의 동일하도록 설정된다.
색분리 광학 시스템(924)의 적색광속(R)과 녹색광속(G)의 출사부(944)의 출사측에 있어서, 집광 렌즈(951, 952)가 각각 배치된다. 따라서, 각 출사부로부터출사된 적색광속(R)과 녹색광속(G)은 이들 집광 렌즈(951, 952)로 들어가게 되고 평행하게 된다.
평행하게 된 적색광속(R)과 녹색광속(G)은 라이트밸브(925R, 925G)로 입사되고, 변조되며, 그 후 각 색광에 상응하는 화상 정보가 추가된다. 즉, 스위칭 제어는 구동 장치(도시되지 않음)에 의한 화상 정보에 따라 이들 액정 장치에서 실행된다. 이렇게 함으로써, 통과하는 각 색광의 변조가 실행된다. 한편, 청색광속(B)은 도광 광학 시스템(927)를 통해 상응하는 라이트밸브(925B)로 안내되고, 여기서 마찬가지로 화상 정보에 따른 변조가 실행된다. 또한, 라이트밸브(925R, 925G, 925B)는 입사측 편광기(960r, 960G, 960B)와 출사측 편광기(961R, 961G, 961B)와 상기 편광기 사이에 배치되는 액정 장치(962R, 962G, 962B)를 각각 더 포함한다.
도광 광학 시스템(927)은 청색광속(B)의 출사부(946)의 출사측내에 배치된 집광 렌즈(954), 입사측 반사 미러(971), 출사측 반사 미러(972), 이들 반사 미러 사이에 배치된 중간 렌즈(973), 및 라이트밸브(925B)의 앞에 배치된 집광 렌즈(953)를 포함한다. 집광 렌즈(954)로부터 출사된 청색광속(B)은 도광 광학 시스템(927)을 통해 액정 장치(962B)에 안내되고 변조된다. 각 색광속의 광로의 길이에 관해서, 즉, 광속(W)의 출사부와 각 액정 장치(962R, 962G, 962B) 사이의 거리에 관해서, 청색광속(B)의 광학 경로가 가장 길다. 그러므로, 청색광속(B)은 대부분의 빛을 잃는다. 그러나 도광 광학 시스템(927)를 개재시킴으로써, 광손실이 제한될 수 있다.
각 라이트밸브(925R, 925G, 925B)를 통과하고 변조되는 각 색광속(R, G, B)은 색합성 프리즘(910)상에 입사되고, 여기서 결합된다. 색합성 프리즘(910)에 의해 합성된 빛은 확대되고 소정 위치내에 배치된 투사면(100)의 표면상에 투사 렌즈 유닛(906)을 통해 투사된다.
본 예의 액정 장치(962R, 962G, 962B)를 도 1 내지 도 10을 참조하여 설명하였다. 상기 실시예의 액정 장치를 사용함으로써, 어떠한 표시 품질의 불량과 불량한 콘트라스트가 없고, 고품질의 투사형 표시 장치인 액정 장치가 실현될 수 있다.
(제 3 실시예의 액정 장치의 구성)
제 3 실시예의 액정 장치의 구성은 제 1 실시예의 액정 장치의 구성과 동일하므로 중복된 설명은 생략한다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제 1 차광막(111)은 TFT 어레이 기판(10)의 표면상의 화소 스위칭 TFT(30)에 상응하는 위치에 제공된다. 제 1 차광막(111)은 TFT 어레이 기판(10)상에 제공된 금속층(M1)과 금속층(M1)상에 제공된 배리어층(B1)을 포함한다.
배리어층(B1)은 그내에 산소 원소를 포함하지 않는 금속 또는 금속 화합물로 이루어지며 금속 또는 금속 화합물의 융점은 높다. 보다 상세하게는, 배리어층(B1)은 질소화합물, 실리콘화합물, 텅스텐화합물, 텅스텐, 및 실리콘 중의 어느 하나로 이루어진다.
또한, 금속층(M1)은 차광 경향과 고융점을 갖는 금속 또는 금속 화합물로 제조된다. 금속층(M1)은 금속층(M1)이 SiO2로 제조된 절연막과의 화학 반응에 의해 산소화합물로 되는 경우 차광 경향이 열화되는 금속 또는 금속 화합물로 제조된다.
또한, 제 1 차광막(111)과 다수의 화소 스위칭 TFT(30) 사이에서, 제 1 절연막(12)이 제공된다. 제 1 절연막(12)은 화소 스위칭 TFT(30)을 형성하는 반도체층을 제 1 차광막(111)으로부터 전기적으로 절연시키도록 제공된다. 더욱이, 제 1 절연막(12)은 TFT 어레이 기판(10)의 전체 표면상에 형성되고, 제 1 절연막(12)의 표면은 제 1 차광막(111)의 패턴의 단차를 없애도록 연마되고, 평탄화 처리가 제 1 절연막(12)의 표면상에 실행된다.
제 1 절연막(12)은, 예컨대, 고절연성의 유리, 산화실리콘층, 질화실리콘층 등으로 제조된다. 이 제 1 절연막(12)에 의해, 제 1 차광막(111)이 화소 스위칭 TFT(30)을 오염시키는 상황이 사전 대책으로서 방지될 수 있다.
본 실시예에 있어서, 축적 용량(70)은 게이트 절연막(2)이 주사선(3a)을 향하는 위치로부터 연장되고 게이트 절연막(2)이 유전 물질로서 사용되도록 형성되며, 반도체층(1a)은 제 1 축적 용량 전극으로서 되도록 연장되고, 상기 게이트 절연막(2)과 반도체층(1a)을 향하는 용량선(3b)은 제 2 축적 용량 전극이 되게 된다.
보다 상세하게는, 반도체층(1a)의 고밀도 드레인 영역(1e)은 데이터선(6a)과 주사선(3a) 아래에서 연장되고, 반도체층(1a)의 고밀도 드레인 영역(1e)은 데이터선(6a)과 주사선(3a)을 따라서 절연막(2)을 통해 연장되는 용량선(3b)을 향하도록 배치되며, 그 후, 반도체층(1a)의 고밀도 드레인 영역(1e)은 제 1 축적 용량 전극(반도체층)(1f)이 된다. 특히, 축적 용량(70)의 유전 물질로서의 절연막(2)은 고온에서의 산화에 의해 단결정층상에 형성된 TFT(30)의 게이트 절연막(2)이다. 그러므로, 절연막(2)은 얇고 고내압(高耐壓)의 절연막이 될 수 있으며, 축적 용량(70)의 용량은 비교적 작은 영역에서 커질 수 있다.
또한, 도 2 및 도 3으로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 축적 용량(70)은 제 3 축적 용량 전극으로서의 제 1 차광막(111)이 제 1 절연막(12)을 통해 제 2 축적 용량 전극[도 3의 우측에서의 축적 용량(70)으로서 참조됨]으로서의 용량선(3b)의 반대측내의 제 1 절연막(12)을 통해 제 1 축적 용량(1f)을 향하게 배치되도록 구성되며, 따라서, 축적 용량은 증가된다. 즉, 본 실시예의 구성은 축적 용량이 제 1 축적 용량 전극(1f)의 양측상에 제공되는 이중 축적 용량 구성이며, 따라서, 축적 용량이 증가한다.
상기 제 1 차광막(111)[및, 제 1 차광막(111)에 전기적으로 접속되는 용량선(3b)]은 정전위원(定電位源)에 전기적으로 접속되고, 제 1 차광막(111) 및 용량선(3b)의 전위는 일정하다. 따라서, 제 1 차광막(111)의 전위의 요동은 제 1 차광막(111)을 향하도록 배치되는 화소 스위칭 TFT(30)에 악영향을 미치지 않는다. 또한, 용량선(3b)은 축적 용량(70)의 제 2 축적 용량 전극으로서 적절하게 기능할 수 있다. 이 경우에, 정전위원으로서는, 액정 장치를 구동하기 위한 주사선 구동 회로와 데이터선 구동 회로와 같은 주변 회로에 공급된 부전원, 정전원과 같은 정전위원, 접지 전원, 대향 전극(21)에 공급되는 정전위원이 언급될 수 있다. 이러한 방식의 주변 회로의 전원을 사용함으로써, 제 1 차광막(111) 및 용량선(3b)의전위를 배타적 전위 배선과 보조 입력 단자를 제공하지 않고 일정하게 하는 것이 가능하다.
또한, 제 1 차광막(111)상에서, 콘택트 홀(13)은 상기 설명된 바와 같이 거의 직선으로 연장되는 본선부로부터 돌출하는 돌출부상에서 개공된다. 여기서, 콘택트 홀(13)의 개방 영역에 있어서, 에지로부터의 응력의 분산과 같은 이유로 인해 에지에 인접한 영역에서는 균열이 덜 발생하는 것으로 공지되어 있다.
또한, 상술된 바와 같이, 제 1 차광막(111)은 화소 스위칭 TFT(30) 아래에 제공되며, 따라서, 적어도 반도체층(1a)의 채널 영역(1a')내로 또한 LDD 영역(1b, 1c)내로의 복귀 광의 입사는 효과적으로 방지될 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서, 전단의 인접 화소내에 또는 후단의 인접 화소내에 제공된 용량선(3b)은 제 1 차광막(111)에 접속되며, 그러므로, 정전위를 제 1 차광막(111)에 공급하는 최상단 또는 최하단상의 화소용 용량선(3b)이 필요하다. 이 경우에 있어서, 수직 화소에 대한 용량선(3b)의 1개의 여분이 제공되어야 하는 것이 바람직하다.
제 2 차광막(23)은 콘트라스트를 개선하고 혼색을 방지하기 위해 예컨대 블랙 매트릭스의 기능을 갖는다.
무기 배향막의 두께는 5㎛ 내지 16㎛ 이다.
액정층(50)의 액정 분자(50a)의 평균 프리틸트각(θp)은 바람직하게는 5° 내지 15°, 보다 바람직하게는 12° 내지 14° 이어야 한다. 액정 분자의 평균 프리틸트각(θp)은 제 1 무기 사방 증착막(36b)과 제 2 무기 사방 증착막(36b)의 비와 사방 증착 각도(θ1, θ2)와 같은 요인을 제어함으로써 조정될 수 있다. 액정층(50)의 액정 분자(50a)는 전압이 인가될 때 배향이 변경될 수 있도록 형성되며, 이러한 상태는 배향을 광학적으로 구분시킴으로써 표시될 수 있다.
차폐 재료(52)는 예컨대 광경화성 수지 또는 열경화성 수지로 제조된 접착제이다. 차폐 재료(52)에 있어서, 양 기판 사이의 거리를 소정 값으로 설정하기 위한 유리 섬유 또는 유리 비드와 같은 스페이서가 혼합된다.
본 실시예의 액정 장치에 있어서, 단차부(80)를 갖는 하지층상에 형성된 무기 배향막(36)은 기울어진 무기 재료의 주상 구조물로 이루어진 제 1 무기 사방 증착막(36a)과, 제 2 무기 사방 증착막(36b)을 포함하며, 제 2 무기 사방 증착막(36b)의 무기 재료의 주상 구조물의 경사 방향은 방위각 방향의 관점에서 제 1 무기 사방 증착막(36a)의 무기 재료의 주상 구조물의 경사 방향과는 상이하다. 또한, 제 2 무기 사방 증착막(36b)은 단차부(80)에 인접한 영역(80a)내에 형성되며, 따라서, 단차부(80)에 인접한 영역(80a)내의 무기 재료의 증착의 불균등과 증착 결함 영역의 발생이 감소될 수 있다. 따라서, 화소 피치가 20㎛ 또는 그 보다 작게 될지라도, 하지층의 표면상에 단차부를 갖는 하지층상에 형성된 무기 배향막내에 어떠한 결함도 있을 수 없고, 배향막의 이상으로 인한 액정의 배향 불량이 방지될 수 있으며, 콘트라스트의 저하와 같은 표시 품질 불량의 발생이 방지될 수 있다. 화소 피치가 15㎛ 또는 그 이하 정도로 미세할 지라도 이러한 효과가 또한 얻어질 수 있다.
또한, 무기 배향막(36, 42)은 무기 사방 증착막으로 제조되며, 따라서, 내광성 및 내열성이 폴리이미드와 같은 유기 재료로 이루어지는 배향막보다 양호하고, 보다 내구성이 있는 액정 장치가 얻어질 수 있다.
제 3 실시예의 액정 장치의 구성에 관해서, 화소 전극(9e)과 고밀도 드레인 영역(1e)은 데이터선(6a)과 동일한 알루미늄층에 의해 또한 주사선(3b)과 동일한 폴리실리콘층에 의해 전기적으로 접속될 수 있다.
화소 스위칭 TFT(30)는 LDD 구성으로 제조되어야 하는 것이 바람직하지만, 오염 이온이 저밀도 소스 영역(1b)과 저밀도 드레인 영역(1c)내로 삽입되지 않는 오프셋 구성이 가능하며, 또한 TFT는 자체 배향 방식으로 고밀도 소스 영역과 고밀도 드레인 영역을 형성하도록 마스크로서의 게이트 전극을 사용함으로써 오염 이온이 고밀도로 삽입되는 자체 배향형(self-align type)이 될 수 있다.
또한, 본 실시예에 있어서 화소 스위칭 TFT(30)의 주사선(3a)의 일 부분으로 이루어지는 게이트 전극의 구성은 단지 하나의 게이트 전극이 소스 드레인 영역내에 배치되는 단일 게이트 구성이지만, 2개 이상의 게이트 전극의 배치가 가능하다. 이 경우에, 각 게이트 전극상에 동일한 신호가 인가되어야 한다. TFT를 듀얼(dual) 게이트, 트리플(triple) 게이트, 또는 그 이상으로 함으로써, 채널과 소스 드레인 영역의 접속점에서의 전류 누설이 방지될 수 있고, 전력이 꺼져 있는 동안의 전류의 흐름이 감소될 수 있다. 적어도 하나의 게이트 전극이 오프셋 구성의 LDD 구성내에 있을 수 있다.
또한, 반도체층은 폴리실리콘으로 이루어지는 것에 한정되는 것이 아니라, 단결정 실리콘이 또한 사용될 수 있다. 단결정 실리콘으로서는, 박막의 단결정층이 절연막상에 형성되는 SOI(Silicon on Insulator) 구성이 바람직하다.
특히, 축적 용량(70)의 유전 물질로서의 절연막(2)은 얇을 수 있고 절연막(2)이 고온에서의 산화에 의해 폴리실리콘층상에 형성된 화소 스위칭 TFT(30)의 게이트 절연막인 경우의 고전압에 저항할 수 있으며, 축적 용량(70)의 용량은 비교적 적은 영역내에서 커질 수 있다.
(제 3 실시예의 액정 장치의 제조 공정)
다음으로, 제 3 실시예의 액정 장치에 대한 제조 공정을 도 7, 도 8, 및 도 12 내지 도 15를 참조하여 설명한다. 도 12 및 도 13은 각 단계에서의 TFT 어레이 기판(10)의 각 층을 도시하고, 도 14 및 도 15는 단계 다이어그램이며 도 2에서의 A-A' 선을 따라 취한 단면에 상응하는 도 3과 유사한 각 단계에서의 대향 기판(20)의 각 층을 도시한다.
도 12에 도시된 바와 같이, 석영 기판과 경질의 유리로 이루어지는 TFT 어레이 기판(10)상에, 금속층(M1)과 배리어층(B1)으로 이루어지는 제 1 차광막(111), 제 1 절연막(12), 콘택트 홀(13), 반도체층(1a), 채널 영역(1a'), 저밀도 소스 영역(1b), 저밀도 드레인 영역(1e), 제 1 축적 용량 전극(1f), 절연막(2), 주사선(3a), 용량선(3b), 제 2 절연막(4), 데이터선(6a), 제 3 절연막(7), 콘택트 홀(8), 및 화소 전극(9a)이 준비되도록 형성된다.
단차부(80)는 화소 전극(9a) 등이 형성되는 TFT 어레이 기판[무기 배향막(36)의 하지층의 표면은 이후 언급됨]의 표면상에 형성된다.
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 도 5에 도시된 바와 같은 TFT 어레이 기판의 표면상에 단차부(80)를 갖는 TFT 어레이 기판(10)의 표면상에 무기 재료의 사방 증착을 일정 방향으로 실행함으로써 제 1 무기 사방 증착막(36a)의 두께가 5㎚ 내지 16㎚가 되도록 제 1 무기 사방 증착막(36a)이 형성되는 제 1 사방 증착 단계가 실행된다. 이 제 1 무기 사방 증착 단계에 있어서, 제 1 무기 사방 증착막(36a)은 증착의 그림자내에, 즉, 단차부(80)에 인접한 영역(80a)내에 형성되지 않는다. 이 제 1 무기 사방 증착막(36a)은 단차부(80)에 인접한 영역(80a)을 제외하는 영역(80b)내에 형성된다.
도 7은 상방으로부터(배향막의 하지층의 표면측으로부터) 본 화소 전극(9a) 등이 형성되는 TFT 어레이 기판(10)을 도시하며, 화소 전극(9a), 콘택트 홀(8), 제 3 절연막(7)은 도면에 생략되어 있다. 이 사방 증착 방향(SA)은 주사선(3a)과 용량선(3b)의 방향에 직각이고, 사방 증착 방향(SA)은 도 2에서 밑에서부터 위로 지향된다. 이러한 사방 증착 방향(SA)의 배치는 무기 사방 증착막이 도 2의 평면도의 하부로부터 상부까지의 방향으로 사방 증착을 실행할 때 단차부(80)에 의해 형성된 그림자로 인해 형성되지 않는 영역을 감소하기 위함이며, B-B' 선 부근의 하지층의 표면의 단차부의 단차는 도 2에서의 C-C' 선 부근의 하지층의 표면상의 단차부의 단차보다 크다.
또한, 사방 증착 방향(SA)은 TFT 어레이 기판(10)에 의해 형성된 증착 각도(θ1)가 도 7에 도시된 바와 같이 5° 내지 10°가 되도록 배치되어야 하는 것이 바람직하다. 제 1 사방 증착 단계에서의 무기 재료의 증착 각도(θ1)가 5°보다 작은 경우, 형성되는 주상 구조물의 밀도가 너무 낮아지고, 따라서, 액정 분자(50a)의 배향 상태는 불안정해지고, 배향 방향은 기판의 면내방향을 따라서 평면 내부에서 매우 불균등하게 된다. 증착 각도(θ1)가 10°보다 큰 경우, 형성되는 주상 구조물의 밀도가 너무 커지고, 따라서, 제 1 무기 사방 증착막(36a)의 주상 구조물 사이의 간극(37)이 제 2 무기 사방 증착막(36b)의 주상 구조물로 메워지는 효과는 거의 얻어질 수 없다. 따라서, 액정 장치가 이 기판을 사용함으로써 제조되는 경우, 액정 분자의 배향시 어떠한 프리틸트도 없는 영역이 커지게 된다.
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 제 2 사방 증착 단계는, 무기 재료의 사방 증착이 적어도 제 1 사방 증착 단계에서의 무기 재료의 사방 증착 방향(SA)이 기판의 면내방향을 따르는 방위각 방향(φ)에 관해서 사방 증착 방향(SB)과는 상이하도록 실행되는 방식으로, 또한 제 2 무기 사방 증착막(36b)이 제 2 무기 사방 증착막(36b)의 두께가 제 1 무기 사방 증착막(36a)이 그 상에서 형성되지 않는 단차부(80)에 인접한 영역내와 도 6에 도시된 바와 같은 제 1 무기 사방 증착막(36a)상에서 10㎛ 내지 40㎛가 되도록 형성되는 방식으로, 실행된다.
이 사방 증착 방향(SB)은 주사선(3a)과 용량선(3b)의 방향을 따르며, 또한도 2의 평면도에서 우측으로부터 좌측으로의 방향이다. 사방 증착 방향(SA)과 사방 증착 방향(SB)의 방위각 방향 사이의 방위각 방향(φ)이 다른 배치에 의해, 제 1 무기 사방 증착막(36a)은 단차부(80)에 인접한 영역(80a)이 제외되는 영역(80b)내에서 양호하게 형성될 수 있고, 또한 제 2 무기 사방 증착막(36b)은 제 1 무기 사방 증착막(36a)이 형성되지 않는 단차부(80a)에 인접한 영역(80a)내와 제 1 무기 사방 증착막(36a)상에서 양호하게 형성될 수 있다.
또한, 사방 증착 방향(SB)에 있어서, TFT 어레이 기판(10)에 의해 형성된 증착 각도(θ2)는 바람직하게는 도 7에 도시된 바와 같이 25° 내지 30° 이어야 한다.
제 2 사방 증착 단계에서의 사방 증착 방향(SB)의 증착 각도(θ2)가 25°보다 작은 경우, 제 1 무기 사방 증착막(36a)의 주상 구조물에서의 간극(37)이 제 2 무기 사방 증착막(36b)의 주상 구조물로 메워지는 효과는 거의 얻어질 수 없다. 증착 각도(θ2)가 30°보다 큰 경우, 형성되는 막의 표면의 이방성은 불충분해지고, 액정 분자를 배향하는 기능은 손상된다.
제 1 무기 사방 증착 단계와 제 2 무기 사방 증착 단계에 의해, 무기 배향막(36)이 형성되는 TFT 어레이 기판이 도 13에 도시된 바와 같이 얻어질 수 있다.
한편, 대향 기판(20)은, 유리 기판 등이 먼저 준비되고, 예컨대 크롬 금속을사용하는 스퍼터링 처리가 제 2 차광막(23)과 프레임으로서의 제 3 차광막(53)상에서 실행되고, 그 후, 포토리소그래피(photo-lithography) 단계와 에칭 단계가 실행되는 방식으로 형성된다. 이들 차광막은 크롬(Cr), 니켈(Ni), 및 알루미늄(Al)과 같은 금속 재료와 탄소와 티타늄을 포토레지스트에 분무함으로써 형성되는 흑색 수지와 같은 수지 재료에 의해 형성된다.
그 후, 대향 전극(21)은 ITO 등으로 이루어지는 투명 도전성막이 도 14에 도시된 바와 같은 스퍼터링 처리를 실행함으로써 50 내지 200㎚의 두께로 대향 기판의 전체 표면상에 적층되도록 형성된다.
다음으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 제 2 차광막(23)과 대향 전극(21) 등이 특정 각으로 형성되는 대향 기판(20)을 고정하고, 방향(SC)으로부터 일정 방향으로 산화실리콘과 같은 무기 재료의 증착을 실행하고, 기판을 향해 소정 각으로 배향되는 주상 구조물을 성장시킴으로써, 사방 증착이 실행된다.
또한, 도 8은 대향 전극 등이 형성되는 대향 기판(20)을 표면측(배향막의 하지층의 표면측)에서 본 것이고, 대향 전극(21)은 도면에서 생략되어 있다.
도 8에 있어서, 참조부호(SC)는 대향 기판(20)측상에서 무기 배향막(42)을 형성할 때 무기 재료에 대한 사방 증착 방향이다. 이 무기 사방 증착 방향(SC)과 대향 기판(20) 사이에 형성된 각(θ3)은 도 8에 도시된 바와 같이 5° 내지 10° 이다.
이렇게 함으로써, 무기 배향막(42)이 제공되는 대향 전극(21)을 갖는 대향기판(20)이 도 15에 도시된 바와 같이 얻어질 수 있다.
여기서, 무기 사방 증착 방향(SC)은 제 1 무기 배향막(36a)을 형성할 때의 무기 사방 증착 방향(SA)과 180° 만큼 다르다.
따라서, 극 각 층이 각 사방 증착 방향이 서로 대향하도록, 즉, TFT 어레이 기판(10)과 대향 기판(20)의 배향 방향이 소정 각도에서 배향되는 주상 구조물의 배향 방향과 대향하는 상기 방식으로 형성되는 TFT 어레이 기판(10)과 대향 기판(20)을 배치하고, 셀의 두께가 4㎛가 되도록 차폐 재료(52)로 기판을 접착함으로써, 빈 패널이 형성된다.
본 실시예에 있어서, 제 2 차광막(23), 대향 전극(21), 및 배향막(42)은 이러한 순서로 대향 기판(10)상에 제공되고, 따라서, 액정을 구동하기 위해 고전압이 필요하지 않는 장점이 얻어질 수 있다. 이 배치 대신에, 대향 전극(21), 제 2 차광막(23), 및 배향막(42)의 순서로 배치하는 것이 가능하다. 이 경우에, 제 2 차광막(23)과 배향막(42)의 패턴 설정은 하나의 작업에서 실행될 수 있고, 따라서, 보다 단순한 제조 공정과 같은 장점이 얻어질 수 있다.
본 실시예에서의 액정 장치용 기판의 제조 방법에 따르면, 제 1 및 제 2 사방 증착 단계가 제공되며, 제 1 사방 증착 단계의 무기 재료의 사방 증착 방향(SA)과 제 2 사방 증착 단계의 사방 증착 방향(SB)은 기판의 면내방향을 따르는 방위각 방향(φ)에 관해서 상이하다. 그러므로, 제 2 사방 증착 단계에 있어서, 무기 사방 증착막은 무기 사방 증착막이 제 1 사방 증착 단계에서 형성될 수 없는 영역내에 형성될 수 있다. 제 1 사방 증착 단계에 있어서, 제 1 무기 사방 증착막(36a)이 단차부(80)에 인접한 영역(80a)이 제외되는 영역내에 형성될 수 있을지라도, 단차부(80)에 인접한 영역(80a)은 단차부(80)의 그림자내에 있으며, 따라서, 제 1 무기 사방 증착막(36a)이 형성되지 않는 영역이 발생된다. 그러나, 무기 재료의 증착시 무기 재료의 사방 증착 방향(SB)의 방위각 방향을 무기 재료의 사방 증착 방향(SA)의 방위각 방향과 상이하도록 변경함으로써, 제 2 무기 사방 증착막(36b)은 무기 사방 증착막이 단차부(80)에 의해 형성된 그림자로 인해 제 1 사방 증착 단계에서 형성될 수 없는 영역(80a)내에 형성될 수 있다. 또한, 제 2 사방 증착 단계에 있어서, 제 2 무기 사방 증착막(36b)은 적어도 단차부(80)의 양측상의 제 1 무기 사방 증착막(36a)상에 형성될 수 있다.
이러한 구성을 갖는 액정 장치용 기판의 제조 방법에 따르면, 본 실시예의 액정 장치에 대한 적합한 기판이 제조될 수 있다.
또한, 액정 장치와 상기 실시예의 액정 장치용 기판의 제조 방법에 있어서, 본 발명이 통상 TFT 소자로 대표되는 3단자 소자를 사용하는 액티브 매트릭스형 액정 장치에 적용되고 이 액정 장치용 기판의 제조 방법에 적용되는 경우에 관해서 설명했다. 본 발명은 또한 통상 TFD 소자로 대표되는 2단자 소자를 사용하는 액티브 매트릭스형 액정 장치와, 이 액정 장치용의 기판의 제조 방법과, 패시브 매트릭스형 액정 장치와, 이 액정 장치용의 기판의 제조 방법에 적용될 수 있다. 또한, 본 발명은 투명형 액정 장치뿐만 아니라, 반사형 액정 장치에 적용될 수 있다.
또한, 상기 실시예의 액정 장치의 제조 방법에 있어서, TFT 어레이 기판(10)측상의 무기 배향막(36)이 제 1 및 제 2 사방 증착 단계에서 형성되는, 즉, 방위각 방향을 변경하면서 증착이 2회 실행되는 경우에 관해서 설명했다. 대향 기판(20)측상의 무기 배향막(42)의 하지층의 표면의 단차부의 높이가 클지라도, 무기 배향막(36)은 제 1 및 제 2 사방 증착 단계에서, 즉, 방위각 방향을 변경하면서 증착이 2회 실행되는 방법에 의해 형성될 수 있다. 예를 들면, 무기 배향막(36)은, 대향 전극(21) 등이 형성되는 대향 기판(20)이 특정 각도로 고정되고, 산화실리콘과 같은 무기 재료의 증착이 방향(SC)으로부터 일정 방향으로 실행되며, 소정 각도로 기판(20)을 향해 배향되는 주상 구조물이 성장되는 사방 증착 단계로 형성된다. 따라서, 무기 배향막(36)은, 무기 재료의 사방 증착이 기판(20)의 면내방향을 따르는 방위각 방향이 사방 증착 방향(SC)의 방위각 방향과는 상이한 방향(SD)으로부터, 보다 바람직하게는 방위각 방향의 차이가 거의 90°인 방향으로부터 실행되고, 소정 각도로 기판을 향해 배향되는 주상 구조물이 성장되는 사방 증착 단계에서 형성될 수 있다. 이 경우에, 사방 증착 방향(SC)의 증착 각도(θ3)는 바람직하게는 5° 내지 10° 이어야 하고, 사방 증착 방향(SD)의 증착 각도(θ4)는 바람직하게는 25° 내지 30° 이어야 한다.
또한, 본 실시예에 있어서, 본 발명이 무기 배향막이 단차부를 갖고 TFT 어레이 기판상에 형성되는 하지층상에 형성되는 경우에 적용되는 경우에 관해서 설명했다. 그러나, 본 발명은 배선층 등이 소자측의 기판내에 매설되고, 콘택트 홀 등으로 인해 무기 배향막내의 하지층의 편평하고 부드러운 표면상에 오목 영역(단차부)이 있는 경우에 적용될 수 있다.
(액정 장치의 전체 구성)
제 3 실시예의 액정 장치의 전체 구성은 제 1 및 제 2 실시예의 액정 장치의 전체 구성과 동일하므로, 중복된 부분에 대한 설명은 생략한다.
주사선 구동 회로(104)는 주사선(3a)에 공급된 주사 신호의 지연이 문제가 되지 않는 한 일 측면만일 수 있다.
또한, 데이터선 구동 회로(101)는 화상 표시 영역의 양측상에 화상 표시 영역의 부재를 따라서 배치될 수 있다. 예를 들면, 홀수열의 데이터선(6a)은 화상 표시 영역의 일 부재를 따라서 배치된 데이터선 구동 회로로부터 화상 신호를 공급할 수 있고, 짝수열의 데이터선(6a)은 화상 표시 영역의 반대쪽 부재를 따라서 배치된 데이터선 구동 회로로부터 화상 신호를 공급할 수 있다. 데이터선(6a)을 빗살 형상 방식으로 구동함으로써, 데이터선 구동 회로에 의해 점유된 영역이 확대될 수 있고, 따라서, 보다 복잡한 회로가 가능하다.
또한, 사전충전 회로가 제 3 차광막(53) 아래에 코너 비드로서 보이지 않도록 제공될 수 있다.
또한, 마이크로-렌즈가 대향 기판(20)상의 각 화소에 대응하도록 형성될 수 있다. 이렇게 함으로써, 입사광의 빛을 집광하는 효율이 향상되고, 따라서, 밝은 액정 장치가 실현될 수 있다. 더욱이, RGB색을 발생하기 위한 증착 각도 필터가굴절율이 상이한 간섭 렌즈를 개재하고 빛의 간섭을 사용함으로써 대향 기판(20)상에 형성될 수 있다. 증착 각도 필터 설치형 대향 기판에 의해, 밝은 액정 장치가 실현될 수 있다.
또한, 각 실시예에 있어서, 각 화소에 제공된 스위칭 소자가 정스태거형(positive staggered type) 폴리실리콘 또는 동일평면형(coplanar type) 폴리실리콘으로서 설명되었지만, 본 실시예는 역스태거형 TFT와 비결정 실리콘 TFT와 같은 다른 유형의 TFT에서 효과적이다.
(전자 장치)
제 3 실시예의 전자 장치의 구성은 제 1 및 제 2 실시예의 전자 장치의 구성과 동일하다.
액정 장치가 투사형 표시 장치내의 라이트밸브로서 사용될 경우, 입사광의 강도는 액정 장치가 직시형 액정 장치용으로 사용되는 경우에 비해 높다. 그러므로, 배향막이 폴리이미드와 같은 유기 배향막으로 이루어지면, 배향막의 열화가 현저하고 쉽게 발생한다. 한편, 본 실시예의 전자 장치에 있어서, 배향막은 산화실리콘 등과 같은 무기 사방 증착막으로 이루어지고, 열화된 배향막으로 인한 표시 불량의 발생이 감소되는 액정 장치(962R, 962G, 962B)가 제공된다. 그러므로, 표시 품질이 높은 투사형 표시 장치가 장기간 사용될 지라도 실현될 수 있다. 또한, 각 실시예의 액정 장치(962R, 962G, 962B)에 있어서, 상술된 바와 같은 단차부(80)를 갖는 하지층상에 무기 배향막(36)을 형성할 때, 무기 재료의 증착이 용이한 영역[영역(80b)은 단차부(80)에 인접한 영역(80a)이 제외되는 영역임]과 무기 재료의 증착 결함 영역이 발생하기 쉬운 단차부(80)에 인접한 영역(80b)이 분리되어 형성된다. 그러므로, 상기 제 1 무기 사방 증착막(36a)은 단차부(80)에 인접한 영역이 제외되는 영역(80b)내에 형성되고, 제 2 무기 사방 증착막(36b)은 단차부(80)에 인접한 영역(80a)내에 형성된다. 따라서, 무기 재료의 불균등한 증착 또는 단차부(80)에 인접한 영역(80a)내에 어떠한 증착도 발생하지 않는 것과 같은 증착 결함을 갖는 영역이 없다.
실험예
본 발명의 액정 장치의 발명자는 액정 장치의 셀 갭의 비로서의 d/P와 액정층의 나선 피치로서의 P 사이의 관계와 결함 배향을 제한하는 효과를 입증하기 위해 실험을 했다. 이하 실험의 결과에 대해서 설명한다.
(제 1 실험예)
무기 사방 증착막의 2개의 막으로 이루어지는 배향막이 제공된 상기 제 1 실시예의 액정 장치가 생산되었다. 프리틸트각(θ)은 셀 갭(d)을 3㎛로하고 액정층의 트위스트각(φ)을 90°로 하면서 증착 조건을 제어함으로써 각종 값으로 변화했다. 액정 장치의 나선 피치(P)의 값은 액정용 원재료에 첨가되는 카이럴제의 양을 조정함으로써 30, 15, 10, 7.5㎛로 변화했다. 배향 불량의 유무는 프리틸트각(θ)이 8°인 조건 하에서 실제의 투사형 표시 장치의 표시상에서 육안 관찰에 의해 검출되었다. 결과는 표 1에 도시되어 있다.
[표 1]
P(㎛) d/P(-) 표시 조건
30 0.1 A
15 0.2 O
10 0.3 O
7.5 0.4 B
표 1에 있어서, "표시 조건"에서의 "A"는 트위스트각이 90° 또는 그 이하인 영역이 화소내에 발생되는 경우를 지시한다. "O"는 정상 배향을 지시한다. "B"는 270°와 같은 오버트위스트각이 일어나는 영역이 화소내에 발생하는 경우를 지시한다.
상기 실험에 관해서, 도시된 상기 실험 결과는 프리틸트각이 8°가 되도록 설정되는 조건 하에서의 전형적인 실험이다. 그러나, 표 1의 경우와 거의 동일한 결과가 배향막이 무기 사방 증착막의 2개의 층으로 이루어지고, 따라서 프리틸트각이 상이한 조건 하에서 나타났다. 즉, 표 1로부터, 배향 불량은 평균 프리틸트각(θ)이 5° 내지 20°가 되도록 설정되고 액정 장치의 셀 갭(d)과 액정층의 나선 피치(P)와의 비로서의 d/P가 0.15<d/P<0.35가 되도록, 보다 바람직하게는 0.2<d/P<0.3이 되도록 설정되는 조건 하에서 방지될 수 있다. 상기 결과가 트위스트각(φ)이 90°인 조건 하에서 유효할 지라도, 셀 갭(d)과 나선 피치(P)의 비로서의 d/P의 이러한 경향은 액정 장치의 트위스트각(φ)에 비례하는 것이 발견되었다. 따라서, 액정 장치의 트위스트각(φ)을 사용하는 보다 일반화된 식에 의해, 배향 불량은 (0.3/360)φ<d/P<(1.4/360)과 같은 관계가 충족되면 제한될 수 있는 것으로발견되었다.
(제 2 실험예)
배향막이 무기 사방 증착막의 단일 층으로 이루어지는 제 2 실시예의 액정 장치가 생산되었다. 프리틸트각(θ)은 셀 갭(d)을 3㎛로 하고 액정층 트위스트각(φ)을 90°로 하면서 증착 조건을 제어함으로써 각종 값으로 변화했다. 액정의 나선 피치(P)의 값은 액정용 원재료에 첨가되는 카이럴제의 양을 조정함으로써 20, 12, 8.6, 6.7㎛로 변화했다. 배향 불량의 유무는 프리틸트각(θ)이 27°였던 조건 하에서 실제의 투사형 표시장치의 표시상에서 육안 관찰에 의해 검출되었다. 결과는 표 2에 도시되어 있다.
[표 2]
P(㎛) d/P(-) 표시 조건
20 0.15 C
12 0.25 O
8.6 0.35 O
6.7 0.45 B
표 2에 있어서, "표시 조건"에서의 "A"는 트위스트각이 90°또는 그 이하인 영역이 화소내에 발생되는 경우를 지시한다. "O"는 정상 배향을 지시한다. "C"는 리버스트위스트 도메인의 발생을 지시한다. "B"는 270°와 같은 오버트위스트각이 일어났던 영역이 화소내에 발생되는 경우를 지시한다.
상기 실험에 관해서, 상기 실험 결과는 프리틸트각이 27°이도록 설정된 조건 하에서의 전형적인 예로서 도시되어 있다. 그러나, 표 2의 경우와 거의 동일한결과가 배향막이 무기 사방 증착막의 단일 층으로 이루어지고 따라서 프리틸트각이 상이한 조건 하에서 나타났다. 즉, 표 2로부터, 배향 불량은 평균 프리틸트각(θ)이 20° 또는 그 이상이도록 설정되고, 액정 장치의 셀 갭(d)과 액정층의 나선 피치(P)의 비로서의 d/P가 0.20<d/P<0.40, 또는 보다 바람직하게는 0.25<d/P<0.35이도록 설정되는 조건 하에서 방지될 수 있음을 알 수 있다. 또한, 셀 갭(d)과 나선 피치(P)의 비로서의 d/P의 이러한 경향은 액정 장치의 트위스트각(φ)에 비례하는 것으로 발견되었다. 따라서, 액정층의 트위스트각(φ)을 사용하는 보다 일반화된 식에 의해, 배향 불량은 (0.8/360)φ<d/P<(1.6/360)과 같은 관계가 충족되면 제한될 수 있는 것이 발견되었다.
(제 3 실험예)
또한, 본 발명의 액정 장치의 발명자는 본 발명에서의 액정 장치의 효과를 제고하는 실험을 했다. 실험 결과는 다음과 같다.
산화실리콘(SiO)의 사방 증착을 방향(SA)으로부터 일정 방향으로 층의 두께를 그 표면상에서 단차부를 갖고 TFT 소자와 화소 전극 등이 제 3 실시예에서 도시된 바와 같이 형성되는 TFT 어레이 기판의 표면상에서 10㎚가 되도록 실행함으로써 제 1 무기 사방 증착막이 형성되는 경우, SiO의 증착 각도(θ1)(증착 방향과 기판에 의해 형성되는 각)는 2.5° 내지 15°의 범위내에서 변화했다. 다음으로, 산화실리콘(SiO)의 사방 증착을 방위각 방향(φ)이 상기 사방 증착 방향(SA)의 방위각 방향과는 다른 방향(SB)으로부터 층의 두께가 20㎚가 되도록 실행함으로써 제 2 무기사방 증착막이 형성되는 경우, SiO의 증착 각도(θ2)(증착 방향과 기판에 의해 형성되는 각)는 25° 내지 30°의 범위내에서 변화했다. 사방 증착 방향(SA)은 도 2에서의 주사선(3a)과 용량선(3b)에 직각이고, 사방 증착 방향(SA)은 도 2의 평면도의 하측으로부터의 방향으로 했다. 또한, 사방 증착 방향(SB)은 도 2에서의 주사선(3a)과 용량선(3b)을 따르며, 사방 증착 방향(SB)은 도 2의 평면도의 우측으로부터의 방향으로 했다. 여기서, 사방 증착 방향(SB)의 방위각 방향과 사방 증착 방향(SA)의 방위각 방향은 서로 90°로 상이하다.
한편, 무기 사방 증착막은 산화실리콘(SiO)의 사방 증착을 블랙 매트릭스(차광막)와 대향 전극이 제 3 실시예에서 도시된 바와 같이 막의 두께를 방향(SC)으로부터 일정 방향으로 10㎚가 되도록 형성되는 대향 기판의 표면상에서 실행함으로써 형성되었다. 여기서, 사방 증착 방향(SC)의 증착 각도(θ3)(증착 방향과 기판에 의해 형성되는 각)는 5°로 했다.
다음으로, 상기 무기 사방 증착막이 액정 주입용 입구를 밀봉하지 않은 채로 형성되는 하나의 기판의 액정층측으로 되는 표면상에 시일-인쇄에 의해 시일부를 형성하고, TFT 어레이 기판과 대향 전극을 접착하는 것에 의해 액정 패널을 생산하고, 불소 파저티브 액정을 입구로부터 패널내로 주입하고, 입구를 밀봉 부재로 폐쇄함으로써, 각종 유형의 액정 장치가, 생산되었다.
이러한 방식으로 생산된 각종 액정 장치의 액정의 배향 상태가 검사되었다. 그 결과를 표 3에 도시한다.
[표 3]
제 1 사방 증착 각도(단위: °) 2.5 5 10 15
제 2 사방 증착 각도(단위: °)
20 X X X X
25 X O O X
30 X O O X
35 X X X X
표 3에 있어서, "O"는 산화실리콘의 증착이 실행되지 않는 어떠한 증착 결함 영역도 없는 배향 조건과 배향막의 이상으로 인한 액정 분자의 어떠한 배향 불량도 없는 배향 조건을 지시한다. 또한, "X"는 산화실리콘의 증착이 실행되지 않은 배향 결함 영역이 있는 배향 조건과, 배향막의 이상으로 인한 액정 분자의 배향 불량이 있는 배향 조건을 지시한다. 표 3의 결과로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 제 1 무기 사방 증착막을 형성할 때 증착 각도(제 1 증착 각도)가 2.5° 내지 15°(5° 내지 10°의 범위가 아닌 각)이도록 설정되는 경우, 증착 각도(제 2 증착 각도)가 임의의 각일지라도, 배향 조건은 무질서하게 된다. 제 1 무기 사방 증착막을 형성할 때 증착 각도(제 2 증착 각도)가 25°또는 30°(25° 내지 30°의 범위가 아닌 각)이도록 설정되는 경우, 제 1 무기 사방 증착 각도(제 1 증착 각도)가 임의의 각일지라도, 배향 조건은 무질서하게 된다.
이와는 달리, 제 1 무기 사방 증착막을 형성할 때 증착 각도(제 1 증착 각도)가 5° 내지 10° 이도록 설정되고, 그와 동시에, 제 2 무기 사방 증착막을 형성할 때 증착 각도(제 2 증착 각도)가 25° 내지 30° 이도록 설정되는 액정 장치에 있어서, 배향 조건은 질서있게 되고, 따라서, 배향 조건이 양호하게 됨을 알 수 있다.
(제 4 실험예)
제 1 무기 사방 증착막이 산화실리콘(SiO)의 사방 증착을 방향(SA)으로부터 일정 방향으로 실행함으로써 형성되는 경우, 막의 두께는 그 표면상에서 단차부를 갖고 TFT 소자와 화소 전극 등이 제 3 실시예에서 도시된 바와 같이 형성되는 TFT 어레이 기판의 표면상에서 2.5㎚ 내지 20㎚로 되도록 변경되었다. 다음으로, 제 2 무기 사방 증착막이 산화실리콘(SiO)의 사방 증착을 방위각 방향(φ)이 상기 사방 증착 방향(SA)의 방위각 방향과는 다른 방향(SB)으로부터 실행함으로써 형성되는 경우, 층의 두께는 8㎚ 또는 45㎚로 되도록 변경했다. 여기서, 사방 증착 방향(SA)은 도 2에서의 주사선(3a)과 용량선(3b)에 직각이며, 사방 증착 방향(SA)은 도 2의 평면도의 하측으로부터의 방향으로 했다. SiO의 증착 각도(θ1)(증착 방향과 기판에 의해 형성되는 각)는 25°로 했다. 또한, 사방 증착 방향(SB)은 도 2에서의 주사선(3a)과 용량선(3b)을 따르며, 사방 증착 방향(SB)은 도 2의 평면도의 우측으로부터의 방향으로 했다. 또한, SiO의 증착 각도(θ2)(증착 방향과 기판에 의해 형성되는 각)는 25°로 했다. 여기서, 사방 증착 방향(SB)의 방위각 방향과 사방 증착 방향(SA)의 방위각 방향은 서로 90°로 다르다.
한편, 무기 사방 증착막은 산화실리콘(SiO)의 사방 증착을 블랙 매트릭스(차광막)와 대향 전극이 형성되는 대향 기판의 표면상에서 제 3 실시예에 도시된 바와 같이 층의 두께를 10㎚로 하도록 한 방향(SC)으로부터 일정 방향으로 실행함으로써 형성된다. 여기서, 사방 증착 방향(SC)의 증착 각도(θ3)(증착 방향과 기판에 의해 형서되는 각)는 5°로 했다.
다음으로, 상기 무기 사방 증착막이 액정을 주입하기 위한 입구를 밀봉하지 않은 채로 형성되는 하나의 기판의 액정층의 측면이 되는 표면상의 시일-인쇄에 의한 시일부를 형성하고, TFT 어레이 기판과 대향 기판을 접착하는 것에 의해 액정 패널을 생산하고, 불소 포지티브 액정을 패널내로 입구로부터 주입하고, 입구를 밀봉 부재로 폐쇄함으로써 각종 유형의 액정 장치가 생산되었다.
이러한 방식으로 생산된 각종 액정 장치의 액정의 배향 상태가 검사되었다. 그 결과를 표 4에 도시한다.
[표 4]
제 1 사방 증착막의 두께(단위: ㎚) 2.5 5 10 16 15
제 1 사방 증착막의 두께(단위: ㎚)
8 X L L L L
10 S O O O L
40 S O O O L
45 S S S S S
표 4에 있어서, "L"은 액정의 평균 프리틸트각이 낮은 프리틸트로 인한 결함 때문에 3° 이하인 것을 지시한다. "S"는 액정의 평균 프리틸트각이 높은 프리틸트로 인한 결함 때문에 20°보다 큰 것을 지시한다. "O"는 어떠한 무질서한 액정의 배향도 없고, 평균 프리틸트각이 양호한 배향으로서 5° 내지 15°인 배향 조건을 지시한다. "X"는 액정 분자의 무질서한 배향이 있는 배향 조건을 지시한다.
표 4로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 제 1 무기 사방 증착막을 형성할 때 막의 두께가 2.5㎚ 또는 20㎚(5㎚ 내지 16㎚의 범위가 아님)이도록 설정되는 경우, 제 2 무기 사방 증착막의 두께가 임의의 값일 지라도, 액정 분자의 프리틸트는 낮거나 또는 높으며, 또는 액정 분자의 배향 방향은 무질서하게 되고, 배향 상태는 불량하게 된다. 제 2 무기 사방 증착막을 형성할 때 막의 두께가 8㎚ 또는 45㎚(10㎚ 내지 40㎚의 범위가 아님)이도록 설정되는 경우, 제 1 무기 사방 증착막의 두께가 임의의 값일 지라도, 액정 분자의 프리틸트는 낮거나 또는 높으며, 또는 액정 분자의 배향 방향은 무질서하게 되고, 배향 상태는 불량하게 된다.
이와는 달리, 제 1 무기 사방 증착막을 형성할 때 증착 각도(제 1 증착 각도)가 5° 내지 16°이도록 설정되는 동시에, 제 2 무기 사방 증착막을 형성할 때 증착 각도(제 2 증착 각도)가 10° 내지 40°이도록 설정되는 액정 장치에 있어서, 배향 조건은 질서있게 되고, 따라서, 평균 프리틸트각이 5° 내지 10°의 범위내에 있기 때문에 배향 상태가 양호함을 알 수 있다.
상세하기 상술된 바와 같이, 본 발명의 액정 장치에 따르면, 액정 장치의 셀갭(d)과 액정층의 나선 피치(P)의 비로서의 d/P를 최적화함으로써, 무기 배향막을 사용하는 종래의 액정 장치에서 일어났던 배향불량이 효과적으로 방지될 수 있고, 따라서, 배향불량으로 인한 광누설과 같은 어떠한 표시 결함도 없고 양호한 콘트라스트를 갖는 액정 장치가 실현될 수 있다. 또한, 내광성 및 내열성에 대해서 우수하고, 액정 라이트밸브로서 사용되기에 적합한 액정 장치가 폴리이미드와 같은 유기막으로 제조된 무기 배향막을 갖는 액정 장치와 비교해 실현될 수 있다.
또한, 본 발명의 액정 장치에 따르면, 단차부를 갖는 하지층상에 형성된 무기 배향막은 기울어진 무기 재료의 주상 구조물을 갖는 제 1 무기 사방 증착막과 무기 재료의 주상 구조물의 경사 방향의 방위각 방향이 제 1 무기 사방 증착막의 주상 구조물의 경사 방향의 방위각 방향과는 상이한 제 2 무기 사방 증착막으로 이루어진다. 더욱이, 상기 제 2 무기 사방 증착막이 상기 단차부에 인접한 영역내에 형성되기 때문에, 무기 재료의 불균등한 증착이 있는 증착 결함 영역과 증착이 상기 단차부에 인접한 영역내에서 실행되지 않는 영역의 발생이 감소될 수 있다. 따라서, 화소 피치가 20㎛ 또는 그 이하 정도로 미세할 지라도, 표면상에서 단차부를 갖는 하지층상에 형성된 무기 배향막에서의 어떠한 이상도 없고, 배향막의 이상으로 인한 액정 분자의 배향 불량이 방지될 수 있으며, 낮은 콘트라스트와 같은 표시 불량의 발생이 방지될 수 있다. 이러한 효과는 또한 화소 피치가 15㎛ 또는 그 이하 정도로 미세하더라도 얻어질 수 있다.
또한, 본 액정 장치를 적용함으로써, 높은 표시 품질을 갖는 투사형 표시 장치가 실현될 수 있다.

Claims (19)

  1. 액정 장치에 있어서,
    서로 대향하는 한 쌍의 기판(20) 사이에 배치된 액정층(50)과,
    상기 한 쌍의 기판의 액정층측의 표면상에 배치된 무기 배향막(36, 42)을 포함하며,
    상기 액정층내의 액정 분자(50a)의 평균 프리틸트각(θ)의 범위는 5°≤θ≤20°이고,
    상기 액정층내의 액정 분자(50a)의 트위스트각(φ), 셀 갭(d), 및 상기 액정층내의 액정 분자의 나선 피치(P)가 (0.6/360)φ<d/P<(1.4/360)φ의 관계를 만족하는
    액정 장치.

  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 무기 배향막(36, 42)은 상이한 방향으로 기울어진 무기 재료의 주상 구조물을 갖는 사방(斜方) 증착막(36a, 36b)의 2개의 층으로 제조되고,
    양 사방 증착막을 형성하는 무기 재료의 주상 구조물의 기울어진 방향의 방위각 방향은 상기 기판의 평면 내부에서 상이한
    액정 장치.

  3. 액정 장치에 있어서,
    서로 대향하는 한 쌍의 기판(20) 사이에 배치된 액정층(50)과,
    상기 한 쌍의 기판의 액정층측의 표면상에 배치된 무기 배향막(36, 42)을 포함하며,
    상기 액정층내의 액정 분자(50a)의 평균 프리틸트각(θ)의 범위는 θ>20°이고,
    상기 액정층내의 액정 분자(50a)의 트위스트각(φ), 셀 갭(d), 및 상기 액정층내의 액정 분자의 나선 피치(P)가 (0.8/360)φ<d/P<(1.6/360)φ의 관계를 만족하는
    액정 장치.

  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 배향막은 상이한 방향으로 기울어진 무기 재료의 주상(柱狀) 구조물인 사방 증착막(36a, 36b)으로 이루어지는
    액정 장치.

  5. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 배향막은 산화실리콘으로 이루어지는 사방 증착막인
    액정 장치.

  6. 제 1 항 또는 제 3 항에 따른 액정 장치를 구비한 투사형 표시 장치에 있어서,
    빛을 출사하는 광원과,
    상기 광원으로부터 출사된 빛을 변조하는 액정 장치와,
    상기 액정 장치에 의해 변조된 빛을 확대하고 상기 빛을 투사면에 투영하는 확대 투영 광학 시스템을 포함하는
    투사형 표시 장치.

  7. 액정 장치에 있어서,
    서로 대향하는 한 쌍의 기판(20) 사이에 배치된 액정층(50)과,
    상기 한 쌍의 기판의 액정층측의 표면상에 배치되며 제 1 무기 사방 증착막(36a)과 단차부(80)에 인접한 영역 내와 상기 제 1 무기 사방 증착막(36a)상에서 형성되는 제 2 무기 사방 증착막을 포함하는 단차부(80)를 갖는 무기 배향막(36, 42)과,
    단차부(80)를 갖는 적어도 하나의 무기 배향막(36, 42)의 하지층을 포함하며,
    상기 제 1 및 제 2 무기 사방 증착막(36a, 36b)은 무기 재료의 기울어진 주상 구조물로 이루어지고, 제 1 및 제 2 사방 증착막을 구성하는 무기 재료의 주상 구조물의 기울어진 방향의 방위각 방향은 기판면내에서 상이한
    액정 장치.

  8. 액정 장치에 있어서,
    서로 대향하는 한 쌍의 기판(20) 사이에 배치된 액정층(50)과,
    상기 한 쌍의 기판 중 어느 하나상에 제공된, 매트릭스로 배치된 다수의 화소 전극, 상기 화소 전극을 구동한는 다수의 스위칭 장치, 상기 다수의 스위칭 장치에 각각 접속된 다수의 데이터선(6a) 및 다수의 주사선(3a)과,
    상기 한 쌍의 기판 중 다른 하나상에 제공된 대향 전극과,
    상기 한 쌍의 기판의 액정측의 표면상에 각각 제공된 무기 배향막(36, 42)과,
    상기 스위칭 장치가 제공된 측면상에서 그 표면상에 단차부(80)를 갖는 무기 배향막의 적어도 어느 하나의 하지층을 포함하며,
    상기 단차부(80)를 갖는 하지층상에 형성된 무기 배향막(36, 42)은 제 1 무기 사방 증착막(36a)과 상기 단차부(80)에 인접한 영역내에 상기 제 1 무기 사방증착막(36a)상에 형성되는 제 2 무기 사방 증착막을 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 무기 사방 증착막(36a, 36b)은 무기 재료의 기울어진 주상 구조물을 포함하며, 제 1 및 제 2 사방 증착막을 구성하는 무기 재료의 주상 구조물의 기울어진 방향의 방위각 방향은 상기 기판의 면내에서 상이한
    액정 장치.

  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 사방 증착막(36a, 36b)을 구성하는 무기 재료의 주상 구조물의 기울어진 방향의 방위각은 거의 90°로 상이한
    액정 장치.

  10. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 제 1 무기 사방 증착막(36a)의 두께는 5㎚ 내지 16㎚의 범위내에 있고, 상기 제 2 무기 사방 증착막(36b)의 두께는 10㎚ 내지 40㎚의 범위내에 있는
    액정 장치.

  11. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 액정층의 액정 분자의 프리틸트각(θp)은 5 내지 15°의 범위내에 있는
    액정 장치.

  12. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 무기 배향막(36, 42)은 산화실리콘으로 이루어진 사방 증착막인
    액정 장치.

  13. 기판상에 형성된 표면상의 단차부를 갖는 하지층상에 무기 재료를 사방 증착하여 무기 배향막을 형성함으로써 액정 장치용 기판을 제조하는 방법에 있어서,
    단차부를 갖는 하지층이 기판의 표면상에 형성되는 기판상에 제 1 무기 사방 증착막(36a)을 형성하도록 무기 재료를 사방 증착하는 제 1 사방 증착 단계와,
    상기 단차부에 인접한 영역내와 상기 제 1 무기 사방 증착막상에 제 2 무기 사방 증착막(36b)을 형성하도록 상기 무기 재료를 적어도 상기 제 1 사방 증착 단계에서의 무기 재료의 사방 증착 방향과는 다른 방위각으로부터 사방 증착하는 제 2 사방 증착 단계를 포함하는
    액정 장치용 기판 제조 방법.

  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 사방 증착 단계에서의 무기 재료의 사방 증착 방향(SA)의 방위각과 상기 제 2 사방 증착 단계에서의 무기 재료의 사방 증착 방향(SB)의 방위각은 거의 90°로 다른
    액정 장치용 기판 제조 방법.

  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 사방 증착 단계에서의 무기 재료의 사방 증착 방향과 기판 사이의 증착 각도(θ1)는 5 내지 10°의 범위내에 있고,
    상기 제 2 사방 증착 단계에서의 무기 재료의 사방 증착 방향과 기판 사이의 증착 각도(θ2)는 25 내지 30°의 범위내에 있는
    액정 장치용 기판 제조 방법.

  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 사방 증착 방향(SA, SB)은 상기 제 1 사방 증착 단계와 상기 제 2 사방증착 단계 중의 적어도 하나의 단계에서의 무기 재료의 증착시 상기 하지층의 표면상에 형성된 단차부(80)의 구성과 배치에 따라서 선택되는
    액정 장치용 기판 제조 방법.

  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 사방 증착 단계에서 형성된 무기 사방 증착막의 두께는 5㎚ 내지 16㎚의 범위내에 있고,
    상기 제 2 사방 증착 단계에서 형성된 무기 사방 증착막의 두께는 10㎚ 내지 40㎚의 범위내에 있는
    액정 장치용 기판 제조 방법.

  18. 제 13 항에 있어서,
    상기 무기 재료는 산화실리콘인
    액정 장치용 기판 제조 방법.

  19. 제 7 항 또는 제 8 항에 따른 액정 장치를 구비한 투사형 표시 장치에 있어서,
    빛을 방출하는 광원과,
    상기 광원으로부터 출사된 빛을 변조하는 액정 장치와,
    상기 액정 장치에 의해 변조된 빛을 확대하고 상기 빛을 투사면상에 투영하는 확대 투영 광학 시스템을 포함하는
    투사형 표시 장치.
KR10-2002-0013586A 2001-03-15 2002-03-13 액정 장치, 투사형 표시 장치 및 액정 장치용 기판 제조방법 KR100432850B1 (ko)

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