KR100647922B1 - 액정 장치 및 투사형 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 화소 영역의 코너에서 발생하는 디스크리네이션에 기인한 광 누설을 적극 차광하면서, 나이프 에지 회절 현상에 의한 회절광을 억제할 수 있는 구성을 갖는 금속 차광막을 구비한 액정 장치를 제공하는 것으로, 본 발명의 액정 장치는 입사광의 편광축의 방향과 대략 평행 방향 및 대략 수직 방향으로 연장하는 제 1 차광막(11a)이 마련되고, 액정의 명시 방향은 직사각형 형상의 화소 영역(22)의 변에 대하여 경사지게 교차하고, 화소 영역(22)의 네 개의 코너 중, 상기 명시 방향과 반대측에 위치하는 코너에서의 제 1 차광막 패턴(11a)의 가장자리는 입사광의 편광축의 방향과 대략 평행 방향으로 연장하는 부분과 대략 수직 방향으로 연장하는 부분으로 이루어지고, 다른 세 개의 코너에서의 제 1 차광막 패턴의 가장자리는 입사광의 편광축 방향에 대하여 경사지게 교차하고 있다.

Description

액정 장치 및 투사형 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DEVICE AND PROJECTION DISPLAY DEVICE}
도 1은 본 발명의 실시예 1에 있어서의 액정 장치의 등가 회로도,
도 2는 동 액정 장치의 각 화소의 평면도,
도 3은 동 액정 장치의 차광막의 패턴만을 나타내는 평면도,
도 4는 동 액정 장치의 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예 2의 액정 장치의 차광막 패턴을 나타내는 평면도,
도 6은 도 5의 B-B'선 단면도,
도 7은 본 발명의 투사형 표시 장치를 나타내는 개략 구성도,
도 8은 나이프 에지에 의한 회절 현상을 설명하기 위한 도면이다.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
10 : TFT 어레이 기판
11a, 11b, 11c : 제 1 차광막(금속 차광 패턴)
20 : 대향 기판
22 : 화소 영역
23 : 제 2 차광막(금속 차광 패턴)
30 : TFT(화소 스위칭 소자)
50 : 액정층
본 발명은 액정 장치 및 투사형 표시 장치에 관한 것이다.
액정 장치는 직시형 디스플레이뿐만 아니라, 예컨대, 투사형 표시 장치의 광 변조 수단(광 밸브)으로서도 다용되어 있다. 액정 장치에 있어서는, 해마다 해상도의 향상이 요구되고 있고, 특히 투사형 표시 장치의 광 밸브로서 이용하는 경우, 광 밸브 상의 화상을 확대 표시함으로써 고해상도화에의 요구가 더한층 강화되고 있다. 한편, 밝은 화상을 확보해야 하고, 화소의 개구율 확보도 요구되고 있다. 액정 광 밸브로는, 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, 이하, TFT라고 약기함)를 화소 스위칭 소자로서 이용한 액티브 매트릭스 방식의 TN(Twisted Nematic) 모드의 액정 장치를 채용하는 것이 일반적이다. 이에 따라, 고컨트라스트의 표시를 기대할 수 있다.
특히, 투사형 표시 장치의 경우, 광원으로부터의 강한 광이 액정 광 밸브에 입사되기 때문에, 이 광에 의해 액정 광 밸브 내의 TFT가 리크 전류의 증대나 오 동작 등을 발생시키지 않도록, 입사광을 차광하기 위한 금속 차광막이 액정 광 밸 브에 내장되어 있다. 액티브 매트릭스 방식의 액정 광 밸브에 있어서, 이러한 종류의 금속 차광막은 TFT 부분뿐만 아니라, 데이터선이나 주사선을 따르는 부분도 차광하도록 격자 형상으로 형성하는 것이 일반적이며, 이 형태로부터 블랙 매트릭스라고 불리고 있다. 따라서, 격자 형상의 금속 차광막의 직사각형 형상의 개구부가 실질적으로 표시에 기여하는 화소 영역으로 된다.
그런데, 금속막의 가장자리 부분에 소정 방향의 편광축을 갖는 광이 입사되면, 어떤 종류의 회절 현상이 발생하고, 금속막의 가장자리 부분이 밝게 보이는 것이 「나이프 에지에 의한 회절 현상(diffraction phenomenon caused by a knife edge)」으로서 알려져 있다.
(비특허 문헌 1) 응용 물리 광학 선서 1「응용 광학 I」, 초판, 培風館, 1990.7.20, p.199-205
상기 액정 광 밸브에 있어서, 금속 차광막의 직사각형 형상의 개구부의 코너에서는, TFT이나 데이터선, 주사선으로부터의 전계, 또는 인접 화소로부터의 횡 전계의 영향을 받아 액정의 배향 흐트러짐(디스크리네이션)이 발생하고, 본래 흑 표시로 되어야 할 부분에 광 누설이 발생하는 것에 의해 컨트라스트비를 저하시키는 것으로 된다. 그래서, 이 디스크리네이션 발생 개소를 차광하기 위해, 도 8에 나타내는 바와 같이, 금속 차광막(101)을, 직사각형 형상의 개구부의 코너 가장자리를 경사지게 컷트하는 패턴으로 하는 것을 생각했다. 이에 의해, 디스크리네이션 에 의한 광 누설이 방지되고, 그 점에서 컨트라스트비가 향상하는 것이었다. 그러나, 금속 차광막을 이러한 패턴으로 하는 것에 의해, 입사측 편광판의 투과축(입사광의 편광축)을 데이터선 또는 주사선에 대하여 평행하게 설정한 경우, 금속 차광막의 개구부의 코너의 가장자리가 상술한 나이프 에지 회절 현상에 의해 밝게 보여, 결국, 컨트라스트비가 현저하게 저하하고 있었다.
본 발명은 상기한 과제를 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 화소 영역의 코너에서 발생하는 디스크리네이션에 기인한 광 누설을 적극 차광하면서, 나이프 에지 회절 현상에 의한 회절광을 억제할 수 있는 구성을 갖는 금속 차광막을 구비한 액정 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다. 또한, 이러한 액정 장치를 구비하는 것에 의해 높은 컨트라스트비의 표시가 가능한 투사형 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 액정 장치는, 한 쌍의 기판 사이에 액정을 유지한 액정 장치로서, 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 한쪽 기판에 입사광의 편광축 방향과 대략 평행 방향 및 대략 수직 방향으로 연장하는 금속 차광 패턴이 마련되고, 상기 액정의 명시(明視) 방향이 상기 금속 차광 패턴에 의해 구획되는 대략 직사각형 형상의 화소 영역의 변에 대하여 경사지게 교차하고, 상기 화소 영역의 네 개 코너 중, 적어도 하나의 코너에서의 상기 금속 차광 패턴의 가장자리가 상기 입사광의 편광축 방향에 대하여 경사지게 교차하는 부분을 갖고, 또한 상기 명시 방향과 반대측에 위치하는 코너에서의 상기 금속 차광 패턴의 가장자리가 상기 입사광의 편광축의 방향과 대략 평행 방향으로 연장하는 부분과 대략 수직 방향으로 연장하는 부분으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
상기한 액정의 명시 방향이란, 액정 분자가 전압 인가 시 일어서는 방향(또는 초기적으로 수직인 경우에는 쓰러지는 방향)에 상당하는 것으로, 계면을 러빙하는 방향에 의해 결정되는 것이다.
상술한 비특허 문헌 1에도 기재되어 있지만, 도 8에 나타내는 바와 같이, 직사각형 형상의 화소 영역(102)의 코너에서의 금속 차광 패턴(101)의 가장자리가 입사광의 편광축 방향에 대하여 경사지게 교차하고 있으면, 나이프 에지 회절 현상에 의해 금속 차광 패턴의 경사지게 교차한 가장자리 부분(파선의 원으로 둘러싸인 부호 A, B, C, D로 나타내는 부분)만이 밝게 보인다. 이것은 이론뿐만 아니라, 본원 발명자 등이 화소 영역의 네 개의 코너의 모든 금속 차광 패턴의 가장자리를 경사지게 형성한 기판에 편광을 조사했을 때에 밝게 보이는 것을 실제로 확인하고 있다. 그런데, 기판에서 확인하는 한에 있어서는 네 개의 코너 모두가 밝게 보였지만, 이 기판과 또 한 장의 기판 사이에 액정을 유지한 액정 셀을 이용하여 마찬가지로 확인한 바, 네 개의 코너 모두 밝게 보이지는 않고, 하나의 코너만 밝게 보이는 것을 알았다. 그리고, 그 밝게 보이는 코너의 위치가 액정의 명시 방향과 관계가 있는 것을 밝혀내었다. 본 발명은 본원 발명자 등의 이러한 지견에 근거하여 이루어진 것이다.
즉, 본원 발명자 등은 액정의 명시 방향(도 8의 화살표의 방향)을 화소 영역 (102)의 윤곽으로 되는 직사각형의 변에 대하여 경사지게 교차하도록 설정했을 때, 이 명시 방향과 반대측(즉, 「명시 방향」을 화살표 방향이라고 정의하면, 「명시 방향의 반대측」은 그 반대 방향에 대응함)에 위치하는 코너의 금속 차광 패턴의 가장자리(부호 C로 나타내는 부분)만이 밝게 보이는 것을 지견하였다. 따라서, 이 코너 C에서는 금속 차광 패턴(101)의 가장자리를, 입사광의 편광축 방향에 대하여 경사지게 하지 않는, 즉 입사광의 편광축에 대하여 대략 평행 방향으로 연장하는 부분과 대략 수직 방향으로 연장하는 부분으로부터 대략 직각으로 구성하는 것에 의해 금속 차광 패턴의 가장자리가 밝아지지 않도록 할 수 있다. 반대로 말하면, 밝아지지 않은 세 개의 코너 A, B, D에 대해서는, 금속 차광 패턴의 가장자리를 입사광의 편광축 방향에 대하여 경사지게 배치할 수 있어, 금속 차광 패턴의 개구부의 코너 근방을 피복하는 형상으로 할 수 있다. 그 결과, 화소 영역의 코너에 발생하는 디스크리네이션에 기인하는 광 누설을 차광할 수 있다. 이와 같이, 본 발명의 액정 장치에 의하면, 디스크리네이션에 기인한 광 누설을 적극 차광하면서, 나이프 에지 회절 현상에 의한 회절광을 억제할 수 있어, 전체로서 컨트라스트비를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 한 쌍의 기판은 TFT 등으로 이루어지는 화소 스위칭 소자를 갖는 소자 기판과 대향 기판으로 이루어지고, 상기 소자 기판에 있어서의 상기 화소 스위칭 소자보다도 광입사 측에 상기 금속 차광 패턴을 마련하는 것이 바람직하다.
이 구성에 따르면, 소자 기판과 대향 기판을 갖는 액티브 매트릭스 방식 액정 장치에 있어서, 상기 금속 차광 패턴에 의해 화소 스위칭 소자에 광이 입사되는 것을 방지할 수 있다. 그 결과, TFT의 광 리크 전류를 감소시킬 수 있어, 저소비 전력으로도 동작 불량이 생길 우려가 없는 액정 장치를 실현할 수 있다.
이 경우, 상기 대향 기판에 차광 패턴을 마련하여, 상기 차광 패턴을 상기 금속 차광 패턴의 개구부에서 상기 명시 방향과 반대측에 위치하는 코너의 근방을 피복하는 형상으로 하는 것이 바람직하다.
즉, 상기 본 발명의 구성에 의하면, 소자 기판에 마련한 금속 차광 패턴의 형상에 의해 나이프 에지 회절 현상에 의한 회절광을 억제할 수 있는 반면, 디스크리네이션에 기인하는 광 누설을 차광하는 것이 어렵게 된다. 따라서, 예컨대, 대향 기판에 차광 패턴을 마련하는 것으로 하고, 차광 패턴을, 금속 차광 패턴의 개구부에서 상기 명시 방향과 반대측에 위치하는 코너의 근방을 피복하는 형상이라고 하면, 디스크리네이션에 기인하는 광 누설을 차광할 수 있다. 단, 이 경우, 대향 기판 측에 형성하는 차광 패턴의 형상도, 입사광의 편광축 방향에 대하여 경사지게 하지 않도록 배려해야 한다.
상기 금속 차광 패턴은 입사광의 편광축 방향과 대략 평행 방향으로 연장하는 부분과 대략 수직 방향으로 연장하는 부분을 같은 층에 일체적으로 형성하여도 좋지만, 입사광의 편광축 방향과 대략 평행 방향으로 연장하는 패턴과 대략 수직 방향으로 연장하는 패턴의 별개 패턴으로 구성하여 평면에서 보았을 때에 격자 형상이 되도록 하고, 이들 패턴을 별도의 층으로 구성하도록 하여도 좋다.
입사광의 편광축 방향과 대략 평행 방향으로 연장하는 부분과 대략 수직 방향으로 연장하는 부분을 동일 층에 일체적으로 형성하는 경우, 포토 마스크(설계) 상에는 상기 명시 방향과 반대측에 위치하는 코너를 상기한 직각 형상으로 하여도, 실제로 제작하면 제조 프로세스 중 포토리소그래피, 에칭 공정의 특성 등에 의해 코너가 약간 완만해지고, 이 부분이 회절 현상에 의해 밝게 보이는 경우가 있는 것을 본원 발명자 등은 확인했다. 그래서, 금속 차광 패턴을, 입사광의 편광축 방향과 대략 평행 방향으로 연장하는 패턴과 대략 수직 방향으로 연장하는 패턴의 별개 패턴으로 구성하고, 이들 패턴을 별도의 층으로 구성하면, 패턴의 코너가 둥글게 되지 않아, 나이프 에지에 의한 회절광을 확실하게 억제할 수 있다.
본 발명의 투사형 표시 장치는 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 변조하는 광 변조 수단과, 상기 광 변조 수단에 의해 변조된 광을 투사하는 투사 수단을 구비한 투사형 표시 장치로서, 상기 광 변조 수단으로서 상기 본 발명의 액정 장치를 구비한 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 광 변조 수단으로서 본 발명의 액정 장치를 구비함으로써, 높은 컨트라스트비의 표시가 가능한 투사형 표시 장치를 실현할 수 있다.
(실시예 1)
이하, 본 발명의 실시예 1을 도 1 내지 도 4를 참조하여 설명한다.
본 실시예의 액정 장치는 스위칭 소자로서 TFT를 이용한 액티브 매트릭스 타입의 투과형 액정 장치이다.
도 1은 본 실시예의 투과형 액정 장치의 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 화소에 있어서의 스위칭 소자, 신호선 등의 등가 회로도이다. 도 2는 데이터선, 주사선, 화소 전극 등이 형성된 TFT 어레이 기판의 서로 인접하는 복수의 화소군의 구조를 나타내는 주요부 평면도이다. 도 3은 도 2의 평면도 중, 차광막만을 나타내는 것이다. 도 4는 도 2의 A-A'선 단면도이다. 또, 도 4는 도면에서 보아 상측이 광 입사측, 도면에서 보아 하측이 시인측(관찰자측)으로 도시되어 있다. 또한, 이하의 모든 도면에 있어서는, 각 층이나 각 부재를 도면 상에서 인식 가능한 정도의 크기로 하기 위해, 각 층이나 각 부재마다 축척을 달리 하고 있다.
본 실시예의 투과형 액정 장치에 있어서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 화소에는, 화소 전극(9)과 당해 화소 전극(9)에의 통전 제어를 행하기 위한 스위칭 소자인 TFT(30)가 각각 형성되어 있고, 화상 신호가 공급되는 데이터선(6a)이 당해 TFT(30)의 소스에 전기적으로 접속되어 있다. 데이터선(6a)에 기입하는 화상 신호 S1, S2, …, Sn은 그 순서로 선순차적으로 공급되든지, 또는 서로 인접하는 복수의 데이터선(6a)에 대하여 그룹마다 공급된다.
또한, 주사선(3a)이 TFT(30)의 게이트에 전기적으로 접속되어 있고, 복수의 주사선(3a)에 대하여 주사 신호 G1, G2, …, Gm이 소정 타이밍에서 펄스식으로 선순차적으로 인가된다. 또한, 화소 전극(9)은 TFT(30)의 드레인에 전기적으로 접속되어 있고, 스위칭 소자인 TFT(30)를 일정 기간만큼 온 상태로 함으로써, 데이터선(6a)으로부터 공급되는 화상 신호 S1, S2, …, Sn을 소정 타이밍에서 기입한다. 화소 전극(9)을 거쳐 액정에 기입된 소정 레벨의 화상 신호 S1, S2, …, Sn은 후술하는 공통 전극 사이에서 일정 기간 유지된다. 액정은 인가되는 전압 레벨에 의해 분자 집합의 배향이나 질서가 변화함으로써, 광을 변조하여, 컨트라스트 표시를 가 능하게 한다. 여기서, 유지된 화상 신호가 누설되는 것을 방지하기 위해, 화소 전극(9)과 공통 전극 사이에 형성되는 액정 용량과 병렬로 축적 용량(70)이 부가되어 있다.
다음에, 도 2에 근거해서, 본 실시예의 투과형 액정 장치의 주요부의 평면 구조에 대해 설명한다.
도 2에 나타내는 바와 같이, TFT 어레이 기판 상에, ITO(Indium Tin Oxide) 등의 투명 도전성 재료로 이루어지는 직사각형 형상의 화소 전극(9)(점선부(9A)에 의해 윤곽을 나타냄)이 복수, 매트릭스 형상으로 마련되어 있고, 화소 전극(9)의 종횡 경계를 따라 각각 데이터선(6a), 주사선(3a) 및 용량선(3b)이 마련된다. 본 실시예에 있어서, 각 화소 전극(9) 및 각 화소 전극(9)을 둘러싸도록 배치된 데이터선(6a), 주사선(3a), 용량선(3b) 등이 형성된 영역이 화소이며, 매트릭스 형상으로 배치된 각 화소마다 표시를 행하는 것이 가능한 구조로 되어 있다.
데이터선(6a)은 TFT(30)을 구성하는, 예컨대, 폴리실리콘막으로 이루어지는 반도체층(1a) 중, 후술하는 소스 영역에 콘택트 홀(5)을 통해 전기적으로 접속되어 있고, 화소 전극(9)은 반도체층(1a) 중, 후술하는 드레인 영역에 콘택트 홀(8)을 통해 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 반도체층(1a) 중, 후술하는 채널 영역(도면 중 좌/상의 사선 영역)에 대향하도록 주사선(3a)이 배치되어 있고, 주사선(3a)은 채널 영역에 대향하는 부분에 게이트 전극으로서 기능한다. 용량선(3b)은 주사선(3a)을 따라 대략 직선 형상으로 신장되는 본선부(즉, 평면적으로 보아, 주사선(3a)을 따라 형성된 제 1 영역)와, 데이터선(6a)과 교차하는 개소로부터 데이터선 (6a)을 따라 전단측(도면 중 위쪽)으로 돌출된 돌출부(즉, 평면적으로 보아, 데이터선(6a)을 따라 연장되어 마련된 제 2 영역)를 갖는다.
그리고, 데이터선(6a) 및 주사선(3a)에 따른 영역(도 2의 우/상의 사선으로 나타내는 영역)에는, 예컨대, 크롬 등의 금속 재료로 이루어지는 격자 형상의 제 1 차광막(11a)(금속 차광 패턴)이 마련된다. 도면을 보기 쉽게 하기 위해, 차광막 부분만을 나타낸 평면도가 도 3이다. 본 실시예에 있어서는, 액정 모드로는 90° 트위스트된 TN 모드를 이용하고 있고, 도 3에 나타내는 바와 같이, 상부 기판인 대향 기판에는, 주사선(3a) 방향을 따라 도면 중 우측으로부터 좌측으로 러빙 처리가 실시되는 한편, 하부 기판인 TFT 어레이 기판에는, 데이터선(6a) 방향을 따라 도면 중 하측으로부터 상측으로 러빙 처리가 실시되고 있다. 따라서 이 경우, 액정의 명시 방향은 화소 영역(22)의 윤곽으로 되는 직사각형의 변에 대하여 경사지게 교차하는 방향으로서, 도면 중 좌/하로부터 우/상을 향하는 방향으로 된다. 또한, 입사측 편광판(편광자)의 투과축 방향이 주사선(3a)을 따르는 방향으로 설정되는 한편, 출사측 편광판(편광자)의 투과축 방향이 데이터선(6a)을 따르는 방향으로 설정되어 있고, 크로스 니콜의 배치(cross-Nicol arrangement)를 채용하고 있다.
제 1 차광막(11a)의 형상은 직사각형 형상의 화소 영역(22)의 네 개의 코너 중, 액정의 명시 방향과 반대측에 위치하는 코너(도 3 중 좌/하의 코너)의 제 1 차광막(11a)의 패턴 가장자리가 입사광의 편광축 방향(입사측 편광판의 투과축 방향)에 대하여 평행하게 연장되는 변과 수직으로 연장되는 변으로부터 직각으로 형성되어 있다. 한편, 그 이외의 세 개의 코너(도 3 중 우/상, 좌/상, 좌/하의 코너)의 제 1 차광막(11a)의 패턴의 가장자리가 입사광의 편광축 방향에 대하여 경사지게 연장되는 변에 형성되어 있다. 또한, 도 3에는, TFT 어레이 기판에 마련한 제 1 차광막(11a)의 패턴에 부가해서, 대향 기판에 마련된 제 2 차광막(23)의 패턴도 도시하고 있다. 제 2 차광막(23)의 패턴도 제 1 차광막(11a)과 마찬가지로, 격자 형상으로 형성되어 있지만, 네 개의 코너 모두 입사광의 편광축 방향에 대하여 경사지게 되어 있지 않다. 그리고, 액정의 명시 방향과 반대측에 위치하는 코너에서, 화소 영역(22) 중, 제 1 차광막(11a)에 피복되지 않은 영역을 제 2 차광막(23)이 피복하도록 한 위치 관계로 되어있다.
다음에, 도 4에 근거해서, 본 실시예의 투과형 액정 장치의 단면 구조에 대하여 설명한다. 도 4는 상술한 바와 같이, 도 2의 A-A'선 단면도이고, TFT(30)가 형성된 영역의 구성에 대하여 나타내는 단면도이다. 본 실시예의 투과형 액정 장치에 있어서는, TFT 어레이 기판(10)과 이것에 대향 배치되는 대향 기판(20) 사이에 액정층(50)이 유지되어 있다.
TFT 어레이 기판(10)은 석영 등의 투광성 재료로 이루어지는 기판 본체(10A)와 그 액정층(50) 측 표면에 형성된 TFT(30), 화소 전극(9), 배향막(40)을 주체로 해서 구성되어 있고, 대향 기판(20)은 유리나 석영 등의 투광성 재료로 이루어지는 기판 본체(20A)와 그 액정층(50) 측 표면에 형성된 공통 전극(21)과 배향막(60)을 주체로 해서 구성되어 있다. 또, 각 기판(10, 20) 사이에는 스페이서(15)를 통해 소정 간격이 유지된 상태로 되어있다.
TFT 어레이 기판(10)에 있어서, 기판 본체(10A)의 액정층(50) 측 표면에는 화소 전극(9)이 마련되고, 각 화소 전극(9)에 인접하는 위치에, 각 화소 전극(9)을 스위칭 제어하는 화소 스위칭용 TFT(30)가 마련된다. 화소 스위칭용 TFT(30)는 LDD(Lightly Doped Drain) 구조를 갖고 있고, 주사선(3a), 당해 주사선(3a)으로부터의 전계에 의해 채널이 형성되는 반도체층(1a)의 채널 영역(1a'), 주사선(3a)과 반도체층(1a)을 절연하는 게이트 절연막(2), 데이터선(6a), 반도체층(1a)의 저농도 소스 영역(1b) 및 저농도 드레인 영역(1c), 반도체층(1a)의 고농도 소스 영역(1d) 및 고농도 드레인 영역(1e)을 구비하고 있다.
상기 주사선(3a) 상, 게이트 절연막(2) 상을 포함하는 기판 본체(10A) 상에는, 고농도 소스 영역(1d)으로 통하는 콘택트 홀(5) 및 고농도 드레인 영역(1e)으로 통하는 콘택트 홀(8)이 마련된 제 2 층간 절연막(4)이 형성되어 있다. 즉, 데이터선(6a)은 제 2 층간 절연막(4)을 관통하는 콘택트 홀(5)을 통해 고농도 소스 영역(1d)에 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 데이터선(6a) 상 및 제 2 층간 절연막(4) 상에는, 고농도 드레인 영역(1e)으로 통하는 콘택트 홀(8)이 마련된 제 3 층간 절연막(7)이 형성되어 있다. 즉, 고농도 드레인 영역(1e)은 제 2 층간 절연막(4) 및 제 3 층간 절연막(7)을 관통하는 콘택트 홀(8)을 거쳐 화소 전극(9)에 전기적으로 접속되어 있다. 본 실시예에서는, 게이트 절연막(2)을 주사선(3a)에 대향하는 위치로부터 연장하여 마련하여 유전체막으로서 이용하고, 반도체막(1a)을 연장하여 마련하여 제 1 축적 용량 전극(1f)으로 하고, 또한 이들에 대향하는 용량선(3b)의 일부를 제 2 축적 용량 전극으로 함으로써, 축적 용량(70)이 구성되어 있다.
TFT 어레이 기판(10)의 기판 본체(10A)의 액정층(50) 측 표면에서, 각 화소 스위칭용 TFT(30)가 형성된 영역에는, TFT 어레이 기판(10)을 투과하고, TFT 어레이 기판(10)의 도면에서 보아 하면(TFT 어레이 기판(10)과 공기의 계면)에서 반사되어, 액정층(50) 측으로 복귀하는 복귀광이 적어도 반도체층(1a)의 채널 영역(1a') 및 저농도 소스 영역, 저농도 드레인 영역(1b, 1c)으로 입사하는 것을 방지하기 위한 제 1 차광막(11a)이 마련된다. 상술한 대로, 본 실시예에서는, 이 제 1 차광막(11a)의 평면 형상이 특징적인 것으로 되어 있다.
제 1 차광막(11a)과 화소 스위칭용 TFT(30) 사이에는, 화소 스위칭용 TFT(30)를 구성하는 반도체층(1a)을 제 1 차광막(11a)으로부터 전기적으로 절연하기 위한 제 1 층간 절연막(12)이 형성되어 있다. 또한, 도 2에 나타내는 바와 같이, TFT 어레이 기판(10)에 제 1 차광막(11a)을 마련하는 것에 더하여, 콘택트 홀(13)을 거쳐, 제 1 차광막(11a)은 전단 또는 후단의 용량선(3b)에 전기적으로 접속하도록 구성되어 있다.
또한, TFT 어레이 기판(10)의 액정층(50) 측 최 표면, 즉, 화소 전극(9) 및 제 3 층간 절연막(7) 상에는, 비선택 전압 인가 시에 있어서의 액정층(50) 내의 액정 분자의 배향을 제어하는 배향막(40)이 형성되어 있다.
한편, 대향 기판(20)에는, 기판 본체(20A)의 액정층(50) 측 표면으로서, 데이터선(6a), 주사선(3a), 화소 스위칭용 TFT(30)의 형성 영역에 대향하는 영역, 즉 각 화소부의 개구 영역 이외의 영역에, 입사광이 화소 스위칭용 TFT(30)의 반도체층(1a)의 채널 영역(1a')이나 저농도 소스 영역(1b), 저농도 드레인 영역(1c)에 침 입하는 것을 방지하기 위한 제 2 차광막(23)이 마련된다. 또한, 제 2 차광막(23)이 형성된 기판 본체(20A)의 액정층(50) 측에는, 거의 전면에 걸쳐 ITO 등으로 이루어지는 공통 전극(21)이 형성되고, 그 액정층(50) 측에는, 비선택 전압 인가 시에 있어서의 액정층(50) 내의 액정 분자의 배향을 제어하는 배향막(60)이 형성되어 있다.
본 실시예의 액정 장치에 있어서는, 직사각형 형상의 화소 영역(22)의 네 개의 코너 중, 액정 명시 방향과 반대측에 위치하는 코너의 제 1 차광막(11a)의 패턴의 가장자리를 입사광의 편광축 방향에 대하여 경사지게 하지 않도록 설계하는 것에 의해, 나이프 에지에 의한 회절 현상으로 패턴의 가장자리가 밝게 보이지 않도록 할 수 있다. 그리고, 다른 세 개의 코너에 대해서는, 제 1 차광막(11a)의 패턴 가장자리를 입사광의 편광축 방향에 대하여 경사지게 설계할 수 있어, 제 1 차광막(11a)의 패턴의 개구부의 코너 근방을 피복하는 형상으로 할 수 있다. 그 결과, 화소 영역(22)의 코너에 발생하는 디스크리네이션에 기인하는 광 누설을 차광할 수 있다. 이와 같이, 본 실시예의 액정 장치에 의하면, 디스크리네이션에 기인한 광 누설을 적극 차광하면서, 나이프 에지 회절 현상에 의한 회절광을 억제할 수 있어, 전체로서 컨트라스트비를 향상시킬 수 있다.
또한, 상기한 구성뿐이면, 제 1 차광막(11a)의 패턴 형상에 의해 나이프 에지 회절 현상에 의한 회절광을 억제할 수 있는 반면, 코너 근방의 디스크리네이션에 기인하는 광 누설을 차광하는 것이 어렵게 된다. 그 점, 본 실시예에서는, 대향 기판(20)의 제 2 차광막(23)의 패턴을, 제 1 차광막(11a)의 개구부에서 상기 명 시 방향과 반대측에 위치하는 코너의 근방을 피복하는 형상으로 했으므로, 이 부분의 디스크리네이션에 기인하는 광 누설을 차광할 수 있다. 또한 동시에, 본 장치를 실제로 제조한 경우에 이 코너가 약간 완만하게 되는 것에 기인하는 회절 현상이 일어났다고 해도, 그 회절광을 제 2 차광막(23)으로 차광할 수 있다고 하는 효과도 얻어진다. 물론, 제 2 차광막(23)의 패턴에 대해서도, 액정의 명시 방향과 반대측에 위치하는 코너의 가장자리를 입사광의 편광축 방향에 대하여 경사지게 하지 않으므로, 나이프 에지에 의한 회절 현상이 발생하는 경우는 없다.
(실시예 2)
이하, 본 발명의 실시예 2를 도 5, 도 6을 참조하여 설명한다.
본 실시예의 액정 장치의 기본 구성은 실시예 1과 마찬가지이고, 차광막의 구성이 다를 뿐이다.
도 5는 본 실시예의 액정 장치의 제 1 차광막만을 나타내는 평면도, 도 6은 도 5의 B-B'선 단면도이다. 단, 도 6에서는 TFT 어레이 기판 중, 기판 본체로부터 제 1 층간 절연막(12)에 걸친 부분만을 나타내고, TFT보다도 상층 측은 도시를 생략한다. 따라서, 이하에서는 도 5, 도 6을 이용하여 차광막의 구성에 대해서만 설명한다.
실시예 1에서는, TFT 어레이 기판(10)에 마련한 제 1 차광막(11a)을 금속막의 동일층에 일체적으로 격자 형상으로 형성하고 있었다. 이에 대하여, 본 실시예에 있어서는, 도 5에 나타내는 바와 같이, 제 1 차광막(11a)을, 주사선(3a)을 따라 연장하는 부분(11b)(도 5 중 가로로 연장하는 부분)과 데이터선(6a)을 따라 연장하는 부분(11c)(도 5 중 세로로 연장하는 부분)이 별개의 독립된 패턴이며, 이들이 2층 구조로 되어있다. 단면 구조는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 예컨대, 기판 본체(10A)의 상면에 데이터선(6a)을 따라 연장하는 부분(11c)이 형성되고, 그 위를 피복하도록 하층 측 제 1 층간 절연막(12a)이 형성되어 있다. 또한, 하층 측 제 1 층간 절연막(12a) 상에 주사선(3a)을 따라 연장하는 부분(11b)이 형성되고, 그 위를 피복하도록 상층 측 제 1 층간 절연막(12b)이 형성되어 있다. 또, 주사선(3a)을 따라 연장하는 부분(11b)과 데이터선(6a)을 따라 연장하는 부분(11c)의 상하 관계는 역이라도 관계없다. 또한, 화소 영역(22)의 세 개의 코너에서, 개구부를 경사지게 차광하기 위한 제 1 차광막의 폭 확대부는 본 실시예에서는 주사선(3a)을 따라 연장하는 부분(11b) 쪽에 형성하고 있지만, 데이터선(6a)을 따라 연장하는 부분(11c) 쪽에 형성하여도 좋다.
실시예 1과 마찬가지로, 주사선(3a)을 따라 연장하는 부분과 데이터선(6a)을 따라 연장하는 부분을 동층에 일체적으로 형성하면, 포토 마스크(설계) 상에는 상기 명시 방향과 반대측에 위치하는 코너를 상기한 직각 형상으로 하여도, 실제로 제작하면 제조 프로세스 중의 포토리소그래피, 에칭 공정의 특성 등에 의해 코너가 약간 완만해져, 이 부분이 회절 현상에 의해 밝게 보일 우려가 있다. 그 점, 본 실시예와 같이, 주사선(3a)을 따라 연장하는 부분(11b)과 데이터선(6a)을 따라 연장하는 부분(11c)을 별개 패턴으로 구성하고, 이들 패턴을 별개의 층으로 구성하면, 쌍방의 직선 부분이 교차하는 것에 의해 직각의 코너가 구성되기 때문에, 패턴 의 코너가 둥글게 되는 일이 없어, 나이프 에지에 의한 회절광을 보다 확실하게 방지할 수 있다. 또, 본 실시예에서는, 대향 기판(20) 측의 제 2 차광막(23)의 구성에 대해서는 언급하지 않았지만, 나이프 에지에 의한 회절광이 억제되었다고 해도, 코너 근방의 디스크리네이션에 기인한 광 누설을 차광하기 위해서는, 실시예 1과 마찬가지로, 제 2 차광막(23)으로 이 부분을 차광하면 좋다.
(실시예 3)
이하, 본 발명의 실시예 3을 설명한다.
본 실시예의 액정 장치의 기본 구성은 실시예 1과 마찬가지이고, 액정 분자의 구성이 다를 뿐이다.
실시예 1에서는 초기적인 액정 분자의 배향은 수평이며, 90° 트위스트된 액정 모드를 이용하고 있지만, 실시예 3에서 초기에는 액정 분자는 거의 수직 배향이며, 트위스트가 발생하지 않은 액정 모드를 이용한다. 여기서, 거의 수직이란 전압 인가 시에 액정 분자가 쓰러지는 방향이 결정되는 정도의 프리틸트각으로서 수직축으로부터 5°가 부여되어 있는 것이다. 수직 배향막으로서 SiO2 재료를 증착 장치로 소정 각도부터 증착하여 얻어진다. 증착하는 각도, 방향으로부터 프리틸트각, 명시 방향이 결정된다. 도 3의 화살표는 액정이 쓰러지는 방향을 나타내고 있다.
초기적으로 거의 수직 배향을 나타내는 배향 모드를 이용함으로써 비선택 인 가 시에 액정층의 위상차는 거의 0이 되고, 편광판을 크로스니콜로 배치한 상태로 된다. 그러나, 나이프 에지의 영향이 있기 때문에 코너로부터의 광 누설은 발생한다.
본 실시예의 액정 장치에 있어서는, 직사각형 형상의 화소 영역(22)의 네 코너 중, 액정의 명시 방향과 반대측에 위치하는 코너의 제 1 차광막(11a)의 패턴 가장자리를 입사광의 편광축 방향에 대하여 경사지게 되지 않도록 설계한 것으로, 나이프 에지에 의한 회절 현상에 의해 패턴의 가장자리가 밝게 보이지 않도록 할 수 있다. 그리고, 다른 세 개의 코너에 대해서는, 제 1 차광막(11a)의 패턴 가장자리를 입사광의 편광축 방향에 대하여 경사지게 설계할 수 있어, 제 1 차광막(11a)의 패턴 개구부의 코너 근방을 피복하는 형상으로 할 수 있다. 그 결과, 수직 배향으로 하는 효과와, 나이프 에지를 억제한 구성으로 하는 것에 의해 전체적으로 실시예 1 이상으로 컨트라스트비를 대폭 향상시킬 수 있다.
(투사형 표시 장치)
다음에, 상기 실시예에서 나타낸 투과형 액정 장치를 구비한 투사형 표시 장치(액정 프로젝터)의 구체예에 대하여 설명한다.
도 7은 액정 프로젝터의 개략 구성을 나타내는 도면이다. 이 도면에 나타내는 바와 같이, 프로젝터(1100)의 내부에는, 할로겐 램프 등의 백색 광원으로 이루어지는 램프 유닛(1102)이 마련된다. 이 램프 유닛(1102)으로부터 사출된 투사광은 내부에 배치된 세 장의 미러(1106) 및 두 장의 다이클로익 미러(1108)에 의해 적색 R, 녹색 G, 청색 B의 3원색으로 분리되고, 각 원색에 대응하는 광 밸브(100R, 100G, 100B)로 각각 유도된다.
여기서, 광 밸브(100R, 100G, 100B)의 구성은, 상술한 실시예에 관한 액정 장치와 마찬가지이고, 화상 신호를 입력하는 처리 회로(도시 생략)로부터 공급되는 R, G, B의 원색 신호로 각각 구동되는 것이다. 또한, B색의 광은 다른 R색이나 G색과 비교하면 광로가 길기 때문에, 그 손실을 막기 위해, 입사 렌즈(1122), 릴레이 렌즈(1123) 및 출사 렌즈(1124)로 이루어지는 릴레이 렌즈계(1121)를 거쳐 유도된다.
광 밸브(100R, 100G, 100B)에 의해 각각 변조된 광은 다이클로익 프리즘(1112)에 3방향으로부터 입사된다. 그리고, 이 다이클로익 프리즘(1112)에서, R색 및 B색의 광은 90도로 굴절되는 한편, G색의 광은 직진한다. 이와 같이 하여, 각 색의 화상이 합성된 후, 스크린(1120)에는, 투사 렌즈(1114)에 의해 컬러 화상이 투사되는 것으로 된다.
본 실시예의 투사형 표시 장치는 상기 실시예의 액정 장치를 구비하는 것에 의해, 높은 컨트라스트비의 표시를 실현할 수 있다.
또, 본 발명의 기술 범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에서 여러 가지의 변경을 가하는 것이 가능하다. 예컨대, 상기 실시예로 예시한 각 부재의 층 구성, 구성 재료, 패턴 형상 등의 구체적인 기재에 대해서는 적절한 변경이 가능하다.
본 발명에 따르면, 화소 영역의 코너에서 발생하는 디스크리네이션에 기인한 광 누설을 적극 차광하면서, 나이프 에지 회절 현상에 의한 회절광을 억제할 수 있는 구성을 갖는 금속 차광막을 구비한 액정 장치를 제공할 수 있고, 또한, 이러한 액정 장치를 구비함으로써 높은 컨트라스트비의 표시가 가능한 투사형 표시 장치를 제공할 수 있다.

Claims (5)

  1. 한 쌍의 기판 사이에 액정을 유지한 액정 장치로서,
    상기 한 쌍의 기판 중 적어도 한쪽 기판에, 입사광의 편광축의 방향과 평행 방향 및 수직 방향으로 연장하는 금속 차광 패턴이 마련되고,
    상기 액정의 명시 방향(clear viewing direction)은 상기 금속 차광 패턴에 의해 구획되는 직사각 형상의 화소 영역의 변에 대하여 경사지게 교차하고,
    상기 화소 영역의 네 개의 코너 중 적어도 하나의 코너에서 상기 금속 차광 패턴의 둘레는 상기 입사광의 편광축 방향에 대하여 경사지게 교차하는 부분을 갖고, 또한
    상기 명시 방향과 반대측에 위치하는 코너에서 상기 금속 차광 패턴의 둘레는 상기 입사광의 편광축의 방향과 평행 방향으로 연장하는 부분과 수직 방향으로 연장하는 부분으로 이루어지는
    것을 특징으로 하는 액정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 한 쌍의 기판은 화소 스위칭 소자를 갖는 소자 기판과 대향 기판으로 이루어지고, 상기 소자 기판에 있어서의 상기 화소 스위칭 소자보다 광입사측에 상기 금속 차광 패턴이 마련되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 대향 기판에 차광 패턴이 마련되고,
    상기 차광 패턴은 상기 금속 차광 패턴의 개구부에 있어서 상기 명시 방향과 반대측에 위치하는 코너의 근방을 덮는 형상으로 되어있는 것
    을 특징으로 하는 액정 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 금속 차광 패턴은 상기 입사광의 편광축의 방향과 평행 방향으로 연장하는 패턴과 수직 방향으로 연장하는 패턴으로 이루어지고, 이들 패턴이 별도의 층으로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  5. 광원과, 상기 광원으로부터의 광을 변조하는 광 변조 수단과, 상기 광 변조 수단에 의해 변조된 광을 투사하는 투사 수단을 구비한 투사형 표시 장치로서,
    상기 광 변조 수단으로서, 청구항 1 내지 3 중 어느 한 항에 기재된 액정 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 투사형 표시 장치.
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