KR19980025128A - 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 있어서, 화소 접촉부가 화소전극의 개구부 중앙으로 돌출하는 일 없이 충분한 보조용량이 확보되고, 또한 보조용량선과 주사선과의 간격을 크게 할 수 있도록 하고, 배선간의 쇼트(단락)불량이 발생하지 않는 액정표시장치에 관한 것으로서, 화소 스위칭소자의 게이트 전극(13)주변의 반도체 영역(150)을 덮도록 신호선(14)을 형성함으로써 스위칭소자의 차광을 실시하고, 또한 상기 스위칭소자의 드레인 전극(접촉부)(19)에 이르는 반도체 영역(150)을 상기 신호선 밑으로 연장되고, 신호선(14)을 따라서 보조용량부(18A)를 연장한 보조용량선(18)과의 사이에서 보조용량을 형성하며, 그 보조용량선은 화소전극(20)을 제 1 영역(201), 제 2 영역(202)으로 이분되고, 평면적으로 적어도 일부가 신호선에 겹치도록 배치되며, 반도체 영역의 화소전극과의 접촉부(19)를 게이트전극에서 떨어진 측의 화소전극 영역(201)에 배치하는 것을 특징으로 한다.

Description

액정표시장치

본 발명은 액정표시장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 폴리실리콘으로 구성된 스위칭 소자를 갖고, 구동회로를 일체로 구성할 수 있는 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치로서는 종래부터 많은 종류의 것이 제안되고 있다. 그러나, 일반적으로 많이 사용되고 있는 것은 트위스트 네마틱형 액정으로 대표되는 액정층을 갖는 것이다. 이런 종류의 액정표시소자에서는 액정분자 배열의 비틀림을 제어함으로써 그 액정층을 투과하는 광의 시광성을 제어하여 표시를 실시한다. 더욱 상세하게 설명하면, 그 동작원리는 액정층에서의 광의 복굴절성 또는 시광성과 편광판의 선 편광성을 이용하고 액정표시패널의 관찰면측으로의 광의 투과를 제어함으로써 표시를 실시하는 것이다.

이 액정표시패널에는 각 화소의 액정에 인가하는 전압을 스위칭하기 위해서 박막트랜시스터(이하, 「TFT」라고 약칭한다)가 형성되어 있다. 이와 같은 TFT는 그 재료로서 아몰퍼스실리콘을 사용한 것과, 폴리실리콘을 사용한 것이 제품화되고 개발되고 있다. 이들 중에서 폴리실리콘 TFT를 사용한 것은 폴리실리콘의 이동도가 높은 것에 기인하는 이점을 갖는다. 즉, 첫번째로 폴리실리콘의 이동도가 높으므로 단위시간당 TFT에 흐를 수 있는 전하량을 증가시킬 수 있다. 따라서, TFT의 크기를 작게 할 수 있고 그 결과로서 화소의 개구율을 높일 수 있다. 두번째로 TFT의 구동회로를 폴리실리콘을 사용하여 동일 기판상에 형성할 수 있다. 따라서, 구동용 IC 및 그 실장 공정이 불필요해지고 저비용화를 실현할 수 있다. 또한, 장래 액정패널에 대해서 필요로 될 것이 예상되는, 표시영역외의 틀 가장자리 부분의 폭의 감소도 실현할 수 있다. 폴리실리콘 TFT는 이상 설명한 바와 같은 이점을 갖으므로, 중요 기술로서 주목받고 있다.

이와 같은 폴리실리콘 TFT를 사용한 구동회로 일체형의 액정표시장치에서는 소형 고정밀의 패널이 형성되는 것으로부터 투사형의 프로젝터용이나 비디오 카메라의 모니터용 표시소자로서 개발되어 제품화되고 있다.

이들 중, 투사형에서는 일반적으로 고휘도화를 달성하기 위해 빛의 3원색인 적색, 녹색, 청색(이하 「R,G,B」라고 약칭함)용의 3장의 패널을 사용한 3판식으로 칼라화상을 표시하는 방식이 채용되고 있다. 또한, 비디오 카메라용에서는 칼라필터를 사용하여 칼라화상을 표시하는 단판방식이 사용되고 있다.

또한, 비디오 카메라용의 단판식 액정패널을 투사형으로 유용한 저휘도의 프로젝터도 제품화되고 있다.

그러나, 칼라필터를 사용한 단판식의 액정표시소자에서는 3판방식의 액정표시소자에 비해 3배의 화소수가 필요하므로, 3판식과 동일한 크기의 표시소자에서는 개구율이 저하된다. 또한, 칼라필터에 의한 광 손실도 있고 고휘도의 프로젝터를 실현하는 것이 곤란하다는 문제가 있었다. 이때문에, 종래는 프로젝터로서는 3판방식이 주류였다. 그러나, 이와 같은 3판방식에서는 패널이 3장 필요하고, 또한 광분리·합성광학계가 필요하므로 저가격화가 어렵다는 문제가 있었다.

그래서, 저가격화의 관점에서 몇개의 새로운 방식의 단판식 프로젝터가 주목 받고 있다. 이 새로운 방식 중에서는 특히, 색분리·방향전환을 위한 다이크로크밀러군과 마이크로렌즈 부착 액정패널을 사용한 것이나, 색분리와 집광의 양쪽의 기능을 갖는 홀로그램 광학소자 부착 액정패널을 사용한 단판식 프로젝터의 개발이 활발히 이루어지고 있다. 이 중, 홀로그램 광학소자(이하, 「HOE」라고 약칭)을 사용한 방식에서는 HOE를 붙인 액정패널 외에 광원과, 액정패널에 평행광을 인도하는 광학계 및 투사렌즈만이 주요한 구성요소이고, 광학계가 매우 간략화되고 저비용을 도모할 수 있다는 기대가 있다.

그래서, 이하에서는 이 HOE에 대해서 설명한다. 또한, HOE의 기술내용을 개시한 참고문헌으로서는 예를 들어 아시아·디스플레이학회 1995년 예고집, 제 727∼729항을 들 수 있다.

도 17은 HOE를 사용한 액정표시장치의 동작원리를 나타낸 개략 사시도이다.

이 도면에서는 편의상, 액정표시장치 중 R,G,B 한조의 화소의 부분에 대해서만 도시했다. 이 도면에 도시한 바와 같이 HOE(102)는 액정패널(104)의 광입사측에 배치되어 있다. 여기에서 액정패널(104)은 TFT가 형성된 어레이기판(105)과 이에 대한 대향기판(106)으로 구성되어 있다.

그리고, 액정패널의 R,G,B에 대응하는 한조의 화소마다 HOE(102)가 설치되어 있다. 광원으로부터의 백색광은 평행광(103)이 되고, 각 HOE(102)에 대하여 약 40도의 입사각으로 입사한다. 각 HOE(120)는 회절 효과와 렌즈 효과를 갖는다. 즉, 각 HOE(102)는 입사한 백색광(103)을 분광하고 집광하여 그 초점면상에 연속된 광 스펙트럼 분포를 형성한다. 따라서, 그 초점면 부근에 액정패널(104)을 적절히 배치함으로써 그 액정패널 R,G,B의 각 화소의 개구부(107,108,109)에 각각의 색광성분을 입사시킬 수 있다. 즉, HOE(012)에 입사한 백색광(103)은 연속적으로 광 스펙트럼에 분광되고, 그 중, R,G,B에 상당하는 색광(110,111,112)만이 액정패널(104)의 개구(107,108,109)를 통하여 투과하여 R,G,B의 출사광(115,116,117)으로 된다. 이와 같이 함으로써 칼라필터를 사용하지 않고 칼라표시가 가능해지고, 칼라필터에 의한 광 손실도 없어지므로 광학계의 소형화·저비용화를 달성할 수 있다는 이점이 있다.

그러나, 이와 같은 HOE 등을 사용한 단판식 프로젝터에 사용되는 액정표시장치는 3판식과는 다르고 R,G,B에 대응하는 화소가 필요하므로, 화소수가 3배가 되고 고정밀화가 필요하게 된다. 또한, 도 17에 도시한 바와 같은 스트라이프 형상의 색화소의 배치를 채용하는 경우는 화소의 종횡비는 3:1이 되고 가로방향의 피치가 짧아진다. 따라서, 각 화소내에 배치할 TFT나 보조용량의 배치를 종래의 종횡비가 약 1:1인 경우와 동일하게 한 것은 개구부 내에 TFT 등을 그대로 배치하게 되고 TFT 등이 장해가 되어 개구율이 실질적으로 크게 감소하는 문제가 있다. 이하에, 이 문제에 대해서 상세하게 설명한다.

도 18은 화소의 종횡비가 대략 1:1과 같은 종래의 액정표시장치의 어레이기판의 한 예를 도시한 평면도이다. 이 예에서는 영상신호는 외부로부터 신호선(134)에 공급되고 TFT의 소스 접촉부(133)로부터 게이트부(130A,130B)를 경유하여 화소전극 접촉부(140A,140B)를 통하여 각각의 화소전극(137A,137B)에 공급된다. 각 게이트부(130A,130B)는 주사선(139A,139B)에 의해 스위칭된다. 또한, 각 화소전극에 공급된 영상신호전압을 유지하기 위해, 보조용량선(135)과 폴리실리콘층(131) 사이에 보조용량부(132)가 형성되어 있다.

상기 도면에 도시한 예에서는 전극화소 TFT의 게이트부(130A)와 보조용량선(132)의 일부를 신호선(134)의 아래에 배치하고, 또한 인접하는 상하 2화소 사이에 공통하는 보조용량선(135)을 배치하고 있다. 그리고, 이 배치에 의해 3㎛의 배선율을 사용하여 40㎛각의 화소에서 35%의 개구율을 얻고 있다. 그러나, 이 구조에서는 거의 장방형 개구의 중앙부근에 TFT의 드레인 접촉부, 즉 화소전극 접촉부(140A,140B,…)가 형성되어 있다. 그리고, 이 구조를 화소가 장방형에서 횡방향의 피치가 짧은 경우에 응용하면 가늘고 긴 개구부의 중앙부근에 화소전극 접촉부가 돌출된다. 그 결과, 상술한 HOE나 마이크로렌즈와 조합하여 사용하는 경우에, 각 화소를 투과할 때 가장 광의 강도가 강한 광이 차광된다.

즉, 상술한 바와 같이 HOE에 입사한 백색광은 분광, 집광되고 그 초점면 상에 연속된 광 스펙트럼 분포를 형성한다. 따하서, R,G,B에 대응하는 각 화소는 그 광 스펙트럼 분포의 R,G,B에 대응하는 위치에 균일한 형상의 개구를 갖는 것이 바람직하다.

그러나, 도 18에 도시한 바와 같이 화소의 개구내에 상술한 바와 같은 전극 접촉부에 의한 차광부가 돌출하고, 각 화소간의 분리가 불충분하면, 순수한 R,G,B의 광만을 효율적으로 받는 것이 어려워지고 색순도도 저하된다.

이상, 설명한 이유에서 HOE를 사용한 단판식의 액정표시패널에서는 종래의 구조를 사용하여 고성능 패널을 실현하는 것이 곤란했다.

또한, 화소가 세로로 길고, 주사선이나 보조용량선 방향의 가로 방향 길이가 짧으며, 신호선 방향의 세로방향의 길이가 긴 경우, 폴리실리콘 TFT와 같은 소스·드레인부에 접촉구 형성이 필요한 것에서는 화소가 미세해지면 가로방향의 화소피치간에 TFT를 가로방향으로 배치하는 것이 어렵고, 가로방향 피치가 작으므로 보조용량값을 크게 형성하는 것이 어렵다.

또한, 도 18에 도시한 바와 같이 종래의 구조에서는 인접하는 2개의 주사선(139A,139B)이 화소간의 좁은 공간에 배치되므로 쇼트 불량이 발생하기 쉽다는 문제도 있다. 또한, 가령 도시한 바와 같은 공통보조용량선(135)을 사용하지 않으면, 화소간의 좁은 공간에 보조용량선과 주사선을 평향으로 배치하지 않으면 안되므로 이 쇼트불량이 발생하기 쉬워진다. 이와 같은 배선간의 쇼트 불량을 피하기 위해, 배선간격을 넓히면 개구율이 저하되는 문제도 있었다.

본 발명의 목적은 이와 같은 문제점을 해결할 수 있는 액정표시장치를 제공하는 데 있다.

도 1은 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 1의 개략 평면도,

도 2a는 도 1의 A-A′-A선에 따른 단면도, 도 2b는 B-B′-B선에 따른 단면도,

도 3은 실시형태 1의 액정표시장치의 평면도,

도 4는 본 발명에 의한 실시형태 2를 나타내는 개략 평면도,

도 5는 도 4의 A-A′-A선에서 절단하여 화살표방향에서 바라본 단면도,

도 6은 본 발명에 의한 실시형태 3을 나타내는 개략 평면도,

도 7은 도 6의 A-A′-A선에서 절단하여 화살표방향에서 바라본 단면도,

도 8은 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 4를 나타내는 개략 단면도,

도 9는 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 4를 나타내는 평면도,

도 10은 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 5를 나타내는 개략 단면도,

도 11은 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 6을 나타내는 개략 단면도,

도 12는 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 7을 나타내는 개략 평면도,

도 13은 도 12에서 A-A′-A선에서 절단하여 화살표방향에서 바라본 개략 단면도,

도 14는 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 8을 나타내는 개략 평면도,

도 15는 도 14에서 A-A′-A선에서 절단하여 화살표방향에서 바라본 개략 단면도,

도 16은 스페이서기둥에 의한 액정의 배향 불량 영역을 조사한 개략도,

도 17은 홀로그램 광학소자를 이용한 액정표시장치의 동작원리를 나타내는 개략 사시도 및

도 18은 화소의 종횡비가 대략 1:1인 것과 같은 종래의 액정표시장치의 어레이기판의 일례를 나타내는 평면도이다.

*도면의 주요부분에 의한 대한 부호의 설명

10, 30, 40, 50, 60, 70, 80:액정표시장치 11:유리기판

12:어레이기판 13:게이트

14:신호선 15:폴리실리콘TFT

16:소스 접촉부 17:주사선

18:보조용량선 18A:보조용량부

19:드레인 접촉부 20, 20a:화소전극

22:액정 23:게이트 절연막

24:제 1 층간 절연막 25:제 2 층간 절연막

26:제 3 층간 절연막 28, 28a:대향기판

29:대향전극 31:대향기판 차광부

41, 51, 61, 71:차광층 42, 62, 72, 73:접촉구

52:시일부재 53:구동회로부

81:스페이서기둥 82:액정 배향 불량 영역A

83:러빙방향 84:액정 배향 불량 영역C

85:액정 배향 불량 영역B(러빙방향의 상류측)

86:액정 배향 불량 영역B(러빙방향의 하류측)

102:홀로그램 광학소자 103:백색평행광

104:액정표시장치 105:어레이기판

106:대향기판 107:R용 개구

108:G용 개구 109:B용 개구

110, 115:R광 111, 116:G광

112,117:B광 130A, 130B:게이트부

131:폴리실콘층 132:보조용량부

133:소스 접촉부 134:신호선

135:보조용량선 137A, 137B:화소전극

139A, 139B:주사선 140A, 140B:화소전극 접촉부

150:반도체 영역 201, 202:화소전극 영역

즉, 본원 발명의 액정표시장치는 어레이기판,

상기 어레이기판에 대향하여 설치된 대향전극을 갖는 대향기판,

상기 어레이기판과 상기 대향기판 사이에 봉입된 액정,

상기 어레이기판상에 설치되어 복수의 평행 도전선으로 형성된 주사선,

이 주사선에 교차하여 절연물을 통하여 설치된 복수의 평행전선으로 형성된 신호선,

상기 주사선과 신호선의 각 교차부에 매트릭스형상으로 설치된 박막트랜지스터로 이루어진 스위칭소자,

상기 주사선과 신호선이 둘러싸는 영역에 매트릭스형상으로 설치되어 상기 스위칭소자에 접속된 화소전극 및

상기 주사선간에 평행으로 배치된 보조용량선으로 이루어지는 액정표시장치에 있어서,

상기 보조용량선은 상기 화소전극을 제 1 영역과 제 2 영역으로 이분하고, 또한 상기 신호선에 중복되도록 신호선을 따라서 연장되는 보조용량부를 형성하고 있고,

상기 박막트랜지스터는 반도체 영역을 갖고, 상기 반도체영역은 상기 주사선과 신호선의 상기 교차부, 교차부 근방 및 보조용량부에 중복되어 연장되고, 연장단이 상기 화소전극의 제 1 영역에 중복되어 있으며, 상기 교차부에 채널부를 형성하고, 상기 채널부 근방에서 상기 신호선과 소스·드레인 전극의 한쪽 접촉부를 형성하며, 상기 연장단에서 상기 제 1 영역과 상기 소스·드레인 전극의 다른쪽 접촉부를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 것으로 구성된다.

또한, 상기 화소전극은 상기 신호선의 연장방향으로 가늘고 긴 형상을 갖고, 상기 보조용량선이 상기 화소전극을 상기 연장방향으로 이분하고 있으며, 화소전극의 제 1 영역이 제 2 영역보다도 작게 형성되어 이루어진 것으로 구성된다.

상기 화소전극의 제 1영역과 제 2 영역 중, 상기 제 1 영역이 상기 화소전극의 스위칭 소자의 채널부보다도 떨어진 쪽에 있는 것으로 구성된다.

상기 주사선, 상기 보조용량선 및 상기 보조용량부가 동일 패턴 금속막으로 형성되고, 상기 반도체 영역, 상기 동일 패턴 금속막, 상기 신호선 및 상기 화소전극이 절연막을 통하여 차례로 적층되어 이루어진 것으로 구성된다.

상기 주사선, 상기 신호선 및 상기 보조용량선 중 적어도 하나가 차광재료로 형성된 화소전극의 둘레 가장자리부와 중복되어 있는 것으로 구성된다.

상기 화소전극은 차광재료로 이루어진 차광층이 적층되어 이루어지는 것으로 구성된다.

상기 차광층은 상기 화소전극이 구성된 절연막과는 별도의 절연막 상에 형성되고, 접촉구를 통하여 상기 스위칭 소자의 상기 소스·드레인 전극의 한쪽 및 상기 화소전극에 각각 전기적으로 접속되어 있는 것으로 구성된다.

상기 표시영역을 둘러싸는 상기 기판상의 둘레 가장자리의 틀 가장자리부에는 차광재료로 이루어진 다른 차광층이 형성되어 있는 것으로 구성된다.

상기 기판상의 상기 틀 가장자리부에 형성된 차광층은 도전성 재료로 구성되고, 접지전위에 접속되어 있는 것으로 구성된다.

상기 기판상의 상기 액 가장자리부에 형성된 상기 차광층에 의해 형성되는 차광부에는 상기 신호선 또는 상기 주사선 중 적어도 어떤 것을 구동하기 위한 구동 회로의 적어도 일부가 절연막을 통하여 평면적으로 중복되도록 배치되어 있는 것으로 구성된다.

어레이기판,

상기 어레이기판에 대향하여 설치된 대향전극을 갖는 대향기판,

상기 어레이기판과 상기 대향기판 사이에 봉입된 액정,

상기 어레이기판상에 설치되는 복수의 평행도전선으로 형성된 주사선,

이 주사선에 교차하여 절연물을 통하여 설치된 복수의 평행도전선으로 형성된 신호선,

상기 주사선과 신호선의 각 교차부에 매트릭스형상으로 설치된 박막트랜지스터로 이루어진 스위칭소자,

상기 주사선과 신호선이 둘러싸는 영역에 매트릭스형상으로 설치되어 상기 스위칭 소자에 접속된 화소전극,

상기 주사선 간에 평행으로 배치된 보조용량선,

상기 어레이 기판과 상기 대향기판 사이의 간격을 유지하기 위해 상기 어레이기판측에 설치된 스페이서 및

상기 어레이기판측과 상기 대향기판측의 상기 액정에 접촉하는 면에 설치되어 러빙처리된 배향막으로 이루어진 액정표시장치에 있어서,

상기 보조용량선은 상기 화소전극을 제 1 영역과 제 2 영역으로 이분되고, 상기 신호선에 중복되도록 신호선을 따라서 연장되는 보조용량부를 형성하고 있고,

상기 박막트랜지스터는 반도체 영역을 갖고, 이 반도체 영역은 상기 주사선과 신호선의 상기 교차부, 교차부 근방 및 보조용량부에 중복되어 연장되고, 연장단이 상기 화소전극의 제 1 영역에 중복되어 있고, 상기 교차부에 채널부를 형성하고, 상기 채널부 근방에서 상기 신호선과 소스·드레인 전극의 한쪽의 접촉부를 형성하고, 상기 연장단에서 상기 제 1 영역과 상기 소스·드레인 전극의 다른쪽의 접촉부를 형성하며,

상기 스페이서는 기둥 형상으로 형성되고, 기판면 방향의 단면이 상기 러빙처리방향으로 가늘고 긴 형상을 가지고 상기 화소전극의 제 1 영역 근방의 상기 신호선상의 영역에 배치되어 있는 것으로 구성된다.

상기 화소전극의 제 1 영역에 대향하는 대향기판의 영역에 차광층이 형성되어 있는 것으로 구성된다.

상기 어레이 기판과 상기 대향기판 사이의 간격을 제어하는 스페이서 기둥의 배향방향의 형상 크기는 다른 방향의 형상크기 보다도 약간 짧은 것으로 구성된다.

상기 스페이서 기둥에 의해 발생하는 액정분자의 배향 불량 영역은 상기 어레이기판상의 차광성 부재에 의해 차광되어 있는 것으로 구성된다.

상기 스페이서 기둥에 의해 발생하는 액정분자의 배향 불량 영역은 상기 대향기판 상의 차광층에 의해 차광되어 있는 것으로 구성된다.

또한, 상기 배향 불량 영역은 다른 영역에 비교하여 광투과율이 다른 영역을 말한다.

(발명의 실시형태)

(실시형태 1)

본 발명에 의한 실시형태 1의 액정표시장치는 화소 스위칭 소자의 게이트 전극 주변의 활성층을 덮도록 신호선을 형성함으로써 스위칭 소자의 차광을 실시한다.

또한, 상기 스위칭 소자인 드레인 영역을 상기 신호선 배선 아래에 연장시키고 스위칭 소자의 게이트 절열막과 동일한 절연막과 보조용량선 사이에서 보조용량을 형성한다. 또한, 그 보조용량선은 신호선을 끼고 인접하는 양측의 화소전극과 평면적으로 적어도 일부가 중복되도록 배치되고, 화소전극과의 접촉부를 보조용량선과 한 행상의 화소행의 주사선 사이에 배치하는 구성을 갖는다. 화소전극은 주사선과 신호선이 둘러싸는 기판영역에 형성되고 주사선간에 배치되는 보조용량선은 화소전극 아래를 통과하며 기판면에서 보아 2영역으로 분할하는 패턴으로 배치된다. TFT의 화소 접촉부는 이 화소전극영역의 한쪽 즉 한 행상의 화소행의 주사선에 인접하는 영역에 형성된다.

즉, 복수의 신호선은 어레인 기판상에 평행도전선으로서 스트라이프형상으로 배치되어 있고, 또한 복수의 보조용량선 및 주사선은 어레이기판상에 신호선에 교차하여 평행 도전선으서 스트라이프형상으로 배치되어 있다.

본 발명에 의한 액정표시소자는 이와 같은 구성에 의해 고개구율의 화소를 실현할 수 있다. 특히, 이 구성은 정방형의 화소영역에 RGB의 3화소전극을 형성하므로 1화소의 종횡비가 3:1과 같은 화소가 가늘고 긴 단판 칼라표시용 액정표시소자에 유효하다. 즉, 상술한 바와 같이 TFT의 보조용량을 긴 세로방향으로 형성하고 TFT의 소스·드레인 전극의 한쪽 예를 들어 드레인 영역의 화소전극과의 접촉부를 보조용량선과 한 행상의 화소행의 주사선의 사이에서 화소 상부의 중심 가까이에 배치함으로써 화소 접촉부가 개구부에 돌출하지 않고 충분한 보조용량선과 주사선의 공간을 크게 할 수 있다.

이하에 도면을 참조하면서 본 발명의 실시형태 1에 대해서 설명한다.

도 1은 본 발명에 의한 액정표시장치(10)의 어레이기판(12) 상의 반도체 영역(150)인 폴리실리콘층(다결정 실리콘)과 각 배선의 배치관계를 설명하기 위한 개략 평면도이다. 복수의 신호선(14)은 어레이기판(12) 상에 평행 도전선으로서 스트라이프형상으로 배치되어 있고, 또한 복수의 보조용량선(18) 및 주사선(17)은 어레이기판(12) 상에 신호선에 교차하여 평행 도전선으로서 스프라이프 형상으로 배치되어 있다.

또한, 도 2a, 도 2b는 각각 도 1의 A-A선 및 B-B'-B선으로 절단하여 화살표 방향으로부터 본 액정표시장치(10)의 개략 단면도이다. 이 액정표시장치(10)의 어레이기판(12)에서는 각 화소에 인가될 영상신호전압은 신호선(14)을 통하여 스위칭용 폴리실리콘 박막트랜시스터(15)(이하, 「p-SiTFT」라고 약칭)의 소스 접촉부(전극)(16)에 공급된다. p-SiTFT(15)는 폴리실리콘의 반도체 영역(150)의 양단에 소스·드레인 전극(16,19)을 갖고, 영역의 중간에 설치된 게이트 절연막(23)을 통하여 게이트 전극(13)이 배치되며, 게이트 전극(13) 아래에 형성되는 채널부(130)를 전압 제어함으로써 스위칭 기능을 발휘한다. p-SiTFT(15)는 그 채널부를 형성하는 게이트(13)에 주사선(17)이 접속되고 영상신호전압의 스위칭을 실시한다. 또한, p-SiTFT(15)는 드레인 영역측에서 보조용량선(18)과의 사이에서 보조용량선(18A)을 형성하고 영상신호전압을 일정 시간 유지할 수 있도록 하고 있다. 또한, p-SiTFT(15)의 드레인부에는 드레인 접촉부(19)를 통하여 화소전극(20)이 접속되고, 각 화소의 액정(22)에 영상신호전압을 인가한다. 보조용량선(18)은 화소전극(20)을 제 1 영역(201)과 제 2 영역(202)로 이분하고 있다. 또한, 제 2 영역(202)은 개구부였으므로 제 1 영역(201) 보다도 큰 것이 바람직하다. 또한, 동일한 액정표시장치의 둘레 가장자리부에는 도 3에 도시한 바와 같이 주사선 구동회로(171) 및 신호선 구동회로(141)가 형성되어 있다.

다음에, 상기 액정표시장치(10)의 제조공정에 대해서 도 2a, 도 2b를 참조하면서 설명한다.

우선, p-SiTFT(15)는 유리기판(11)상에 아몰퍼스 실리콘막을 플라즈마 CVD법(PECVD법)으로 약 500A(Å) 침적한 후, 탈수소 처리를 하여 레이저·어닐링법에 의해 반도체 영역인 다결정 실리콘막으로 하고, 또한 섬형상으로 패터닝하여 형성했다. 그리고, 게이트 절연막(23)을 약 1000A 침적하고 몰리브덴·텅스텐 합금(MoW)을 4000A 침적하고 패터닝함으로써 TFT의 게이트 전극이 되는 주사선(17)을 형성한다. 이 다음에, 자기정렬(self alignment)로 불순물을 주입하고 보조용량선(18)을 형성한다. 다음에, 주사선(17) 상에 산화실리콘으로 이루어진 제 1 층간 절연막(24)을 약 5000A 침적하고 소스·드레인부의 접촉구를 형성하며 6000A의 두께의 Mo/Al/Mo의 다층구조로 이루어진 신호선(14)와 드레인 전극(19)를 형성했다.

여기에서 화소 스위칭용 TFT(15)는 n채널형 트랜지스터로 구성하지만, 도 3에 도시한 구동회로부(141,171)는 N채널과 p채널의 CMOS구조로 형성한다. 따라서, 이 구동회로부의 소스·드레인 영역형성의 불순물 주입은 n채널과 p채널로 나누어 실시했다. 또한, 화소TFT(15)는 n^-영역을 갖는 LDD(Lightly Doped Drain)구조로 했다.

다음에, 제 2 층간 절연막(25)으로서, 질화실리콘을 약 5000A 침적했다. 또한, 그 위에 제 3 층간 절연막(26)으로서 아크릴 수지를 약 2㎛ 침적함으로써 화소영역 및 주변의 구동회로영역의 요철을 평탄화했다. 이 평탄화층으로서의 2층절역막(25)과 제 3 층간절연막(26)의 두께로서는 1∼6㎛ 정도가 바람직하다. 다음에, 제 2 층간절연막(25)과 제 3 층간절연막(26)에 접촉구를 설치하고 화소전극(20)을 형성했다. 평탄화를 위한 층간절연막(26)은 평탄화가 효과적으로 달성되는 것이면 좋고, 예를 들어 아크릴수지 이외의 유기물층, 또는 SOG(스핀온유리) 등의 무기물층이어도 좋다. 또한, 이와 같은 유기물층 상에 또한 무기물층을 중복시킨 복합층으로서 형성해도 좋다. 또한, 유기물층으로서는 감광성의 것을 사용하는 쪽이 공정이 단축되지만, 감광성을 갖지 않는 것을 사용해도 좋다.

상기와 같이 하여 형성한 어레이기판(12)상에서 예를 들면 폴리이미드로 이루어진 배향막(121)을 형성하고 배향처리를 실시한다. 또한, 대향전극을 갖는 대향기판(28)에도 배향막(281)을 형성하고 배향처리를 실시한다. 그리고, 어레이기판(12)과 대향기판(28)을 대향하여 배치하고 도 3에 나타난 것과 같이 각 기판간의 둘레 가장자리부를 둘러싸도록 시일부재(280)를 도포하고 붙이고, 그 후 시일부재를 경화시킨다. 그리고 종래와 같이 시일밀봉 영역의 절단면 부분에서 감압 주입법으로 액정(22)을 주입하고, 그 후 주입구를 밀봉재를 이용하여 밀봉하여 액정표시장치(10)가 완성된다.

여기에서 도 1 및 도 2에 나타난 바와 같이 화소TFT(15) 신호선(14)의 아래에 형성되고 동시에 그 신호선(14)은 화소TFT(15)의 게이트 전극 부근을 차광하도록 화소TFT(15)상에 폭넓게 형성되어 있다. 이렇게 신호선(14)에 의해 TFT(15)의 반도체 영역을 차광함으로써 광조사에 의한 TFT(15)의 리크전류의 중가를 피할 수 있다.

또한 TFT(15)의 드레인 영역은 신호선 방향에 겹쳐져 연장되고, 크랭크형상으로 확장하고 화소전극(201)의 상부 영역에 위치하는 드레인 전극(19)에서 종단하고 있다. 이 긴 드레인 영역은 게이트 절연막(23)과 동일한 절연막을 통해서 보조용량선(18)과의 사이에서 보조용량을 형성하고 있다. 이렇게 드레인 영역을 세로길이의 화소의 세로방향으로 확장시키고 보조용량부(18A)를 형성함으로써 충분히 큰 보조용량치가 얻어진다.

또한, 도 1에 나타난 바와 같이 n행의 화소 드레인 전극(1)과 보조용량선(18)은 n행의 화소의 상측에 붙여서 배치되어 있다. 이렇게 배치함으로써 화소의 개구부에 종래와 같은 돌출한 차광부가 형성되지 않고 균일한 형상을 갖는 개구부가 얻어진다. 따라서 HOE와 조합한 경우도 광스펙트럼 분포의 R, G, B성분만을 효율적으로 개구부에서 받을 수 있고 색순도도 현저히 개선된다.

또, 도 1에 나타난 바와 같이 화소전극(20)은 층간 절연막(25, 26) 등을 통해서 보조용량선(18), 신호선(14) 및 주사선(17)과 평면적으로 일부가 겹쳐져 있다. 이렇게 함으로써 차광되어 있지 않은 부분의 전체 액정에 신호전압을 인가할 수 있다. 즉, 이것은 개구율을 크게 하기 때문에 상당히 유효하다.

또한 경우에 따라서는 화소TFT(15)를 형성한 어레이기판(12)상의 각 배선이 차광층으로서 기능하기 위해서 배향 기판(28)에 차광층을 형성하지 않고도 소정의 효과가 얻어지는 이점을 갖고 있다. 즉, 종래는 주사선과 보조용량선과의 사이와 이들 배선과 신호선 또는 화소전극과의 사이의 간격에서 빛이 세는 것을 방지하기 위한 차광층을 어레이기판(12) 또는 배향 기판(28)에 형성할 필요가 있었다.

그러나 본 발명에 의하면 이들 부가적인 차광층을 형성하지 않고도 차광층을 형성한 것과 거의 동등한 효과를 올릴 수 있다. 종래와 같이 배향 기판(28)측에 차광층을 형성하고 액정셀을 조합할 때에, 맞춘 정밀도의 부족에 의한 개구율의 저하가 발생했지만, 본 발명에 관한 것과 같이 차광층을 형성하지 않는 경우에서는 그러한 문제도 생기지 않게 된다. 또한, 본 발명에서 차광층을 형성한다면 보다 더 완전한 차광 효과를 얻을 수 있다는 것은 말할 필요도 없다.

여기에서 도 1의 1화소(3화소에서 RGB를 구성한다)는 가로방향이 26㎛로 세로방향이 78㎛이다. 본 발명에 의하면 이러한 미세한 화소라도 개구율을 43%로 크게 취할 수 있다. 또한, 세로방향으로 확장시킨 보조용량은 충분히 큰 전기 용량을 가지며, 본 발명은 상기와 같은 세로길이의 화소를 갖는 경우에 상당히 유효한 것을 알았다.

(실시형태 2)

다음에 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 2에 대해서 설명한다.

도 4는 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 2을 표시하는 개략 평면도이다.

또한, 도 5는 도 4의 A-A′-A선에서 절단하여 화살표방향에서 바라본 동일 액정표시장치의 개략 단면도이다. 이들 도면에 있어서 도 1 또는 도 2와 동일한 부분에는 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

도 3 및 도 4에 나타난 액정표시장치(30)에서는 도 1에 나타난 액정표시장치(10)보다도 화소전극(20a)의 형성 영역이 작다. 즉, 도 3에 나타난 바와 같이 화소전극(20a)은 평면적으로 봐서 주사선(17) 및 신호선(14)과 부분적으로 서로 겹쳐 있지않다. 따라서 도 3에 나타난 바와 같이 평면적으로 본 경우의 화소전극(20a)과 주사선(17) 및 신호선(14)과의 간격의 부분에서는 액정 신호전압이 공급되지 않아 차광할 필요가 생긴다. 거기에서 대향기판(28a)상에 차광층(31)이 형성되어 있다.

이렇게 화소전극(20a)을 작게 형성하고 신호선(14)의 겹친부분을 작게 하면, 이들 서로 겹침에 의해 생기는 커플링 용량을 저감할 수 있다고 하는 이점이 있다. 또한 화소전극(20a)으로서는 통상 ITO(인듐·주석산화물)가 이용되지만, 에칭 정밀도가 높은 건식 에칭이 곤란하고 습식 에칭에 의존하지 않으면 안되기 때문에, 그러한 화소전극(20a)을 작게 형성함으로써 프로세스 마진을 개선할 수 있다. 또한 폭방향이 좁은 세로로 긴 화소에 있어서, 대향기판측에 형성되는 차광층(31)이 상하방향을 규정하는 경우는 맞춘 마진에 의해 개구율 저하는 작다.

(실시형태 3)

다음에 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 3에 대해서 설명한다.

도 6은 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 3을 나타내는 개략 평면도이다. 또, 도 7은 도 6의 A-A′-A선에서 절단하여 화살표방향에서 바라본 개략 단면도이다. 이들 도면에 있어서는 도 1 또는 도 2와 동일한 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

도 6 및 도 7에 나타난 액정표시장치(40)에서는 도 1에 나타난 액정표시장치(10)와 다르고 주사선(17)과 보조용량선(18) 사이의 영역의 적어도 일부의 화소전극(20)상에 차광층(41)이 형성되어 있다. 즉, 액정표시장치(40)에서는 (n-1)행의 주사선(17) 및 n행의 보조용량선(18)이 각각 서로 겹치도록 차광층(41)이 n행의 화소에 형성되어 있다. 이 차광층의 재료로서는 흑레지스트 등의 유기재료와 차광성인 금속재료 또는 무기재료를 이용하는 것이 바람직하다. 그러한 금속재료로서는 예를 들면 Mo, Ti, MoSi, WSi 등을 이용하면 좋다.

또한, 도 6에 나타난 변형예에서는 신호선(14)과 차광층(41)에 의해 화소의 개구부가 장방형상에서 차광부재로 둘러싸는 형태가 된다. 그런데 프로젝터에서 화소 상에 마이크로렌즈를 이용하는 경우는 빛을 R, G, B에 대응하는 화소에 입사시키기 때문에 개구형상이 원에 가까운 쪽이 빛의 이용 효율이 좋아진다. 따라서 도 6에 나타난 변형예에서는 개구부의 형상이 대략 장방형이 되기 때문에 개구부의 개구형상이 보다 원에 가까워지고 프로젝터에 이용된 경우 빛의 이용 효율이 높아진다. 또, 개구부를 차광부재로 둘러싸는 형태를 취하고 있기 때문에 R, G, B의 색이 선명하게 되는 효과도 있다.

이렇게 금속 등의 도전성 재료로 이루어지는 차광층(41)을 적층함으로써 층간 절연막(26, 25) 등이 두꺼운 경우에 염려되는 접촉구(42)에서의 화소전극(20)의 단절단의 문제도 해소된다. 또한, 차광층의 투과율로서는 0.1%이하가 되도록 그 재료 및 두께를 선택하는 것이 바람직하다.

(실시형태 4)

다음에 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 4에 대해서 설명한다.

도 8은 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 4를 나타내는 개략 단면도이다. 또, 도 9는 도 8의 평면도이다. 동일 도면에 나타난 액정표시장치(50)에서는 화소 영역뿐만 아니라 패널의 둘레 가장자리부에서도 차광층(51)이 형성되어 있다. 즉, 액정표시장치(50)에서는 상술한 도 6 및 도 6에 나타난 바와 같은 스위칭 소자가 형성되어 있는 영역으로 이루어지는 표시 영역의 각 화소만의 차광층(41)을 설치하고 또한 어레이기판(12)의 이 표시 영역을 둘러싸는 둘레가장지리의 틀 가장자리부에 형성한 신호선과 주사선의 구동회로부(53) 상에도 평탄화층을 통해서 차광층(51)이 형성되어 있다. 이렇게 함으로써 대향전극기판(28)측에 차광층을 형성할 필요가 없어지고 대향기판의 맞춘 정밀도를 고려할 필요가 없어진다. 여기에서 표시 영역 외부둘레에 형성된 차광층(51)을 도전성 재료로 형성한 경우는 차광뿐만 아니라 전기적 차폐의 효과도 얻을 수 있다. 즉, 차광층(51)의 전위를 대향기판(28)의 대향전극과 보조용량전극(18) 또는 그랜드 전위 등과 동전위로 하는 것 또는 대향전극(공통전극)과 동전위로 하는 것으로 차폐층으로서의 역할도 갖게 할 수 있는 이점이 있다.

(실시형태 5)

다음에 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 5에 대해서 설명한다.

도 10은 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 5를 나타내는 개략 단면도이다.

여기에서 도 10은 예를 들면 도 1에 있어서 B-B′-B선에서 절단한 단면도에 대응하여 도 2a와 도 5, 도 7에 대응하는 단면도이다. 도 10에 있어서는 도 1 또는 도 2와 동일한 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

도 10에 나타난 액정표시장치(60)는 상술한 도 6 및 도 7에 나타난 액정표시장치(40)의 화소전극(20)과 차광층의 적층 순서를 바꾼 구조를 갖는다. 즉, 도 8에 나타난 액정표시장치(60)에서는 차광층(61)을 드레인 전극(19)과 화소전극(20)과의 사이에 배치하고 있다. 이렇게 금속 등의 도전성 재료로 이루어진 차광층(61)을 배치함으로써 층간 절연막(26, 25) 등이 두꺼운 경우에 염려되는 접촉구(62)에서의 화소전극(20)의 단절단의 문제도 해소된다.

또한, 도 8 및 도 9에 나타난 액정표시장치(50)와 같이 표시영역 주변의 틀 가장자리부에도 차광층(51)을 동시에 형성하여도 좋다. 이렇게 표시영역 외부둘레에 형성된 차광층(51)을 도전성 재료로 형성한 경우는 차광뿐만 아니라 전기적 차폐의 효과도 얻을 수 있다. 즉, 차광층(51)의 전위를 대향기판(28)의 대향전극과 보조용량전극(18) 또는 접지 전위 등과 동전위로 하는 것으로 차폐층으로서의 역할도 갖게 할 수 있다고 하는 이점이 있다.

(실시형태 6)

다음에 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 6에 대해서 설명한다.

도 11은 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 6을 나타내는 개략 단면도이다.

여기에서 도 11은 예를 들면 도 1에서 B-B′-B선에서 절단한 단면도에 대응하고 도 2a와 도 5, 도 7 및 도 10에 대응하는 단면도이다. 도 11에 있어서, 도 1 또는 도 2와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

도 11에 나타난 액정표시장치(70)에서는 제 2 층간 절연막(25)과 드레인 전극(19) 상에 상기 차광층(71)을 형성한 점이 우선 다르다. 이렇게 차광층(71)은 금속 등의 도전성 재료에 의해 형성된다. 또한, 이 차광층(71)과 화소전극(20)과의 접속은 드레인 전극(19)의 접촉구(72)와 동일 위치라도 좋다.

그러나 도 11에 나타난 바와 같이 차광층(71)과 화소전극(20)을 드레인 전극(19)의 접촉구(72) 위치에서 비켜 놓고 더욱 큰 접촉구(73)로서 접속할 수도 있다.

이렇게 접촉구(72, 73)를 비켜 놓고 형성함으로써 접촉구가 겹치는 경우에 발생하기 쉬운 화소전극(20)의 접촉 불량을 방지할 수 있다. 또한, 도시하지 않지만, 예를 들면 차광층(71)과 화소전극(20)과의 접촉구를 복수 형성하는 것과 구멍직경을 보다 크게 형성하는 것도 가능하게 되고 화소전극(20)의 접촉 불량을 저감할 수 있다는 이점도 생긴다.

또한, 어레이기판의 표면의 요철에 의한 배향 불량을 저감할 수 있다. 즉, 도 6과 도 8에 나타난 바와 같이 차광층과 화소전극(20)을 적층한 경우는 어레이기판의 제 3 층간 절연막(26)의 표면상에서 화소전극(20)의 단부에 각각의 층두께를 서로 더한 높이의 단차가 생긴다. 이러한 단차는 배향막(121, 281)의 배향처리할 때에 단차가 음이 되는 부분에 배향 불량을 생기게 하는 일이 있다. 그러나 도 9에 나타난 구조에서는 제 3 층간 절연막(26)의 표면상에서는 차광층(71)은 화소전극(20)과는 적층되지 않기 때문에 전극(20)의 단부에서 단차가 커지는 일은 없다. 따라서 배향 불량이 증가되는 일도 없고 배향처리의 관점에서 바람직하다는 이점도 생긴다.

(실시형태 7)

다음에 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 7에 대해서는 설명한다.

도 12는 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 7을 나타낸 개략 평면도이다.

또, 도 13은 도 12의 A-A′-A선에서 절단하여 화살표방향에서 바라본 개략 단면도이다. 이들 도에 있어서 도 1 또는 도 2와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

도 12에 나타낸 액정표시장치(80)에서는 어레이기판상에서 화소(TFT)의 게이트전극 근방에서 셀간격을 제어하기 위한 스페이서기둥(81)이 형성되어 있다. 이 스페이서기둥(81)은 화소전극(20)을 형성한 후에 예를 들면 투명 또는 불투명한 유기재료로 형성하면 좋다. 본 실시예에서는 아크릴계 수지를 주성분으로 하는 수지를 이용하여 형성했다. 또 스페이서기둥 형성에는 감광성의 재료를 이용한 쪽이 공정이 짧아져 유효하다. 또한, 이른바 포지티브(positive)형 감광성 재료보다도 네거티브(negative)형 감광성 재료 쪽이 공정중의 먼지의 영향을 받기 어렵기 때문에 바람직하다.

알반적으로 이러한 스페이서기둥을 어레이 기판상에 형성하고, 배향막(121)을 도포하여 통상의 러빙법으로 배향처리를 하면, 기둥의 높이가 높은 경우와 크기가 큰 경우에는 러빙방향에 대해서 상류측 및 하류측에 배향 불량부가 생기기 쉬워진다. 도 16은 유리 기판상에 충분히 큰 ITO전극을 작성하고, 그 위에 아크릴계 수지를 주성분으로 하는 수지를 이용하여 스페이서기둥을 형성한 어레이기판과 유리 기판상에 충분한 ITO전극을 작성한 대향기판을 본 실시예와 동일하게 셀화를 실시하고, 어레이기판상의 ITO전극과 대향기판상의 ITO전극간에 전압을 인가하여 스페이서기둥 주변의 액정의 배향 불량 영역을 관찰한 것이다.

스페이서기둥을 중심으로 하여 주위 2∼4㎛에 액정 배향 불량 영역(A)(82)과 러빙방향에 대해서 상류 및 하류측으로 5∼20㎛에 액정의 배향 불량 영역(B85, 86)이 관측되었다.

상기 액정의 배향 불량 영역(A)(82)은 액정의 배향이 혼란스럽고 광투과율 특성이 어레이기판상의 ITO전극과 대향기판상의 ITO전극간의 전압에 의존하지 않는 제어 불량이 되어 있기 때문에 흑표시 때라도 빛이 거의 투과한다. 또, 상기 액정의 배향 불량 영역(B)(85, 86)은 어레이기판상의 ITO전극과 대향기판상의 ITO전극간의 전압과 광투과율 특성이 스페이서기둥에서 충분히 떨어진 영역(배향이 좋은 영역)에서의 광투과율 특성과 약간 다른 것으로, 본 발명가가 평가한 결과 배향 불량 영역(B)(85, 86)의 광투과율 특성은 배향이 좋은 영역과 비교하여 약 10%이상 변동하고 있는 것이 확인되었다.

이러한 액정의 배향 불량 영역을 생기게 하는 스페이터기둥(81)을 실제의 어레이기판의 화소상에 배치한 경우, 스페이서 주변부에 상기 액정의 배향 불량 영역(A)(82)이, 러빙방향에 대해서 스페이서기둥의 상류방향에 상기 액정의 배향 불량 영역(B)(85)이, 또 다시 스페이서 주변부 가까이에서 충분한 전압이 걸리지 않는 영역에서는 상기 액정의 배향 불량 영역(A)(82)에 의해서 일어나는 액정의 배향 불량 영역(C)(84)이 생긴다. 상기 액정의 배향 불량 영역(C)(84)은 주로 러빙방향에 대해서 스페이서기둥의 하류방향에 발생한다. 왜냐하면 이 영역에서는 배향하는 액정이 불균일하기 때문이다. 상기 액정의 배향 불량 영역(C)(84)은 상기 액정의 배향 불량 영역(A)(82)과 동일하게 광투과율 특성이 어레이기판상의 ITO전극과 대향기판상의 ITO전극간의 전압에 의존하지 않는 제어 불량이 되어 있다.

본 실시예의 액정 패널은 이 배향 불량 영역 중, 스페이서기둥(81)의 주위(82)에 액정의 배향 불량 영역(A)이, 러빙방향에 대해서 스페이서기둥의 상류방향의 영역(85)에 액정의 배향 불량 영역(B)이, 러빙방향에 대해서 스페이서기둥의 하류방향인 화소전극(20)의 끝 영역(84)에 액정의 배향 불량 영역(C)이 생기고 있다.

본 실시예의 경우에는 이들 액정의 배향 불량 영역 중 배향 불량 영역(A)인 영역(82)과 배향 불량 영역(C)인 영역(84)를 차광하고 있다. 배향 불량 영역(A, C)은 광투과율 특성이 제어 불량의 영역이고, 보통 백표시가 되어 있기 때문에 차광할 필요가 있지만, 배향 불량 영역(B)은 광투과율 특성이 배향이 좋은 영역보다 다소 벗어나 있을 뿐이기 때문에 차광하지 않아도 좋지만, 물론 차광한 쪽이 바람직하다는 것은 말할 필요도 없다. 전체 화소 개구면적에 대해서 배향 불량 영역이 충분히 작아지도록 하고 완전히 차광하지 않아도 거의 목적은 달성할 수 있다. 그러나 스페이서기둥(81)의 주위(82)에 액정의 배향 불량 영역(A)이 생기기 때문에 스페이서기둥(81)은 차광부에 형성하는 것이 필요하다.

도 12에 나타난 예에서는 스페이서기둥(81)은 신호선(14)에 차광되고 있는 부분 중에서 TFT의 게이트(13)의 옆에 설치되어 있다.

또, 이러한 스페이서기둥은 화소 사이즈에도 기인하지만, 대체로 6∼9화소에 하나 정도 배치한다면 좋다. 따라서 도 12에 있어서도 도면 중 하나만 스페이서기둥을 나타낸다.

여기에서 프로젝터로의 대응을 고려한 경우, 직시용과 달리 고시야각(高視野角)에 대한 요구는 낮지만, 동화상을 표시하기 위한 고속 응답성이 요구된다. 한편, 고정밀 화소는 화소피치가 작아 지기 때문에 스페이서기둥에 의해 발생하는 배향 불량 영역에 기인하는 개구율의 저하가 생기기 쉽다. 따라서 △n값이 큰 TN액정을 이용하여 셀두께를 얇게 하고 고속 응답을 달성함과 동시에 종래와 같은 표시품위를 달성하는 것이 바람직하다. 그래서 이 실시예에서는 스페이서기둥(81)의 높이를 종래의 TN 액정에서의 5㎛보다도 낮은 3.5㎛정도로 했다. 액정의 △n값으로서는 0.14인 것을 이용했다. 이에 의해 프로젝터에서의 동작 온도 범위40∼50°C에 있어서 투과율을 100%에서 90%까지 저하시키는 응답 시간으로서 15ms이하의 응답 시간을 달성했다. 이것은 종래의 구조에 의한 액정표시소자의 응답 시간인 50ms와 비교하여 대폭적인 개선이다. 또한, 스페이서기둥(81)의 높이를 낮게 설정할 수 있다고 하는 것에 의해 스페이서기둥(81)을 형성하기 쉬워짐과 동시에, 러빙 시에 스페이서기둥(81)이 부러지는 문제와 배향 불량이 발생한다는 문제도 억제할 수 있다고 하는 이점도 생긴다.

이러한 스페이서기둥은 도 1 내지 도 11에 예시된 모든 액정표시소자에 대해서 설치할 수 있다. 그 스페이서기둥은 어레이기판상의 임의의 위치에 설치할 수 있다. 그러나 스페이서기둥의 주변에 액정소자의 배향 불량 영역이 생기는 것을 고려하면, 이러한 스페이스기둥(81)은 어레이기판상의 신호 배선부와 차광층 형성영역 등의 차광부에 설치하는 것이 바람직하다.

또한, 도 5에 스페이서기둥을 형성한 경우는 화소전극(20)의 제 1 영역을 대향기판(28)의 차광부(31)에서 차광하면 보다 빛의 누설방지가 달성된다. 또한, 이 도 5의 경우는 이 대향기판(28)의 차광부(31)에 의해 스페이서기둥에 의해 생기는 액정분자의 배향 불량 영역은 차광되는 효과도 있다.

(실시형태 8)

다음에 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 8에 대해서 설명한다.

도 14는 본 발명에 의한 액정표시장치의 실시형태 8에 나타난 개략 평면도이다. 또, 도 15는 도 14에 있어서 A-A′-A선에서 절단하여 화살표시방향에서 바라본 개략 단면도이다. 이들 도에 있어서는 도 1 또는 도 2와 동일 부분에는 동일 부호를 붙이고 설명을 생략한다.

도 14에 나타난 액정표시장치(80)에서는 어레이기판상에서 화소TFT의 게이트전극 근방에서 셀 간격을 제어하기 위한 스페이서기둥(81)이 형성되어 있다. 이 스페이서 기둥(81)은 화소전극(20)을 형성한 후에 예를 들면 투명 또는 불투명한 유기재료로 형성하면 좋다. 본 실시예에서는 아크릴계 수지를 주성분으로 하는 수지를 이용하여 형성했다. 또 스페이서기둥 형성에는 감광성의 재료를 이용한 쪽이 공정이 짧아져 유효하다. 또한, 이른바 포지티브형 감광성 재료보다도 네거티브형 감광성 재료 쪽이 공정중의 먼지의 영향을 받기 어렵기 때문에 바람직하다.

제 6 변형예에서 논한 바와 같이 액정분자의 배향 불량 영역을 작게 하기 위해서는 스페이서기둥(81)의 높이를 낮게 하는 것이 바람직하다. 이 액정분자의 배향 불량 영역은 배향막(121)의 러빙 불량부분과 액정분자의 배열을 제어하는데 충분한 전압이 걸리지 않는 부분과의 겹친 부분이기 때문에 배향막(121)의 러빙불량 부분이 작아진다면 필연적으로 작아진다. 스페이서기둥(81)의 높이를 작게 한다면 배향막(121)의 러빙불량 부분이 작아지고 결과적으로 액정분자의 배향 불량 영역이 작아진다.

그러나 스페이서기둥(81)의 높이는 쉽게 변화할 수 없기 때문에 액정분자의 배향 불량부 영역이 크지않도록 하고 최소한의 차광 영역내에서 받아들이지 않으면, 개구율의 저하를 초래한다. 그래서 도 14에 나타난 스페이서기둥(81)은 통상의 트위스트·네마틱액정의 45도 러빙 배향방향의 형상 크기가 다른 방향, 예를 들면 그 기둥의 대각방향보다도 작아지는 듯한 형상을 이용하고 있다.

그 이유는 상기 배향 불량부의 발생 메카니즘으로서는 러빙방향에서는 러빙포의 털이 배향처리를 실시하지만, 스페이서기둥부의 배향방향의 상류 또는 하류측은 러빙처리가 실시되기 어려운 부분이 생기기 때문이다.

이 배향처리가 실시되기 어려워 생기는 배향 불량부의 면적은 스페이서기둥의 러빙 배향방향의 형상 크기에 의존한다. 이 때문에 예를 들면 도 14의 기둥을 45도 회전시키고 사각형의 대각선 방향으로 배향처리를 실시하면, 도 14의 경우에 비해 배향 불량부의 최대길이는 약 배가 되고, 거의 배향처리방향의 스페이서기둥의 형상 크기에 비례한다. 그래서 스페이서기둥의 평면형상으로서는 도 14의 형상에 한정되는 것이 아니라 다른 임의의 형상이라도 좋지만, 배향방향의 형상 크기는 최소가 되는 형상에서 배치함으로써 개구율 저하를 억제할 수 있다. 예를 들면 스페이서기둥의 접착 강도를 향상할 목적으로 길이형상에서 저면적을 크게하는 경우라도 장방형의 단변방향이 배향방향이 되도록 한다면 좋다.

한편, 어레이기판상에는 원래 차광성 부재에 의해 차광되고 있고, 또 그 표면의 요철 상태 등으로 원래 배향처리가 불충분하게 되기 쉬운 부분이 있다. 따라서 그러한 원래 배향처리가 불충분한 부분의 상류측에서 스페이서기둥(81)을 설치한다면 스페이서기둥(81)을 설치함으로써 배향 불량부를 증가시키는 것으로는 되지 않는다. 다만 이러한 영역은 차광되어 있는 것이 바람직하다. 이렇게 원래 배향처리가 불충분하게 되기 쉽고 또한 차광되어 있는 부분으로서는 예를 들면, 화소 접촉부를 들 수 있다. 즉, 도 2b에도 예시한 바와 같이 화소 접촉부에서는 TFT의 드레인 전극상의 어레이기판의 표면에 깊은 오목부가 형성되어 있고 배향처리가 불충분하게 되기 쉽다. 또한, 이 화소 접촉부는 드레인 전극에 의해 차광되어 있다.

따라서 스페이서기둥(81)에 의해 생기는 배향 불량부와 이 화소 접촉부가 겹치도록 스페이서기둥을 배치하면 새로운 차광층을 형성할 필요가 없어진다. 이 때문에 스페이서기둥(81)을 화소 접촉부가 있는 화소전극의 제 1 영역(201)에 인접 즉, 그 영역 근방의 신호상에 배치하는 것이 좋다.

본 발명은 이상 설명한 바와 같은 형태로 실시되고 이하에 설명한 효과를 나타낸다.

우선 본 발명에 의하면 액정표시장치의 각 화소의 고개구율화와 고생산성을 동시에 달성할 수 있다. 즉, 본 발명에 의한 액정표시 소자는 TFT와 보조용량을 세로방향에 형성하고 TFT의 드레인부의 화소전극과의 접촉부를 보조용량선과 한 행상의 화소행의 주사선과의 사이에서 화소의 상부에 배치하는 것으로 화소 접촉부가 개구부에 돌출하는 일 없이 충분한 보조용량이 확보되고 동시에, 보조용량선과 주사선과의 스페이스를 크게 취할 수 있다. 이러한 구성에 의해 고개구율의 화소를 실현할 수 있다. 특히 본 발명의 이 구성은 화소의 종횡비가 3:1과 같은 단판 칼라 표시용 액정표시소자에 유효하다.

또, 본 발명에 의하면 화소 TFT는 신호선 밑에 형성되고 동시에 그 신호선은 화소 TFT의 게이트 전극 근방을 차광하도록 TFT상에 폭 넓게 형성되어 있다. 이러한 신호선에 의해 TFT의 활성층 영역을 차광함으로써 광주사에 의한 TFT의 리크전류의 증가를 피할 수 있다.

또한, 본 발명에 의하면 TFT의 드레인 영역은 신호선 방향으로 연장되고, 크랭크형상으로 확장하고, 화소의 상부에 위치하는 드레인 전극에서 종단하고 있다. 이 긴 드레인 영역은 게이트 절연막과 동일 절연막을 통해서 보조용량선과의 사이에서 보조용량을 형성하고 있다. 이렇게 드레인 영역을 세로로 긴 화소의 세로방향으로 확장시키고 보조용량을 형성함으로써 충분히 큰 보조용량치가 얻어진다.

또, 본 발명에 의하면 화소전극은 층간 절연막을 통해서 보조용량선, 신호선 및 주사선과 평면적으로 겹쳐져 있다. 이것은 개구율을 크게 하기 위해서 상당히 유효하다. 또한 경우에 따라서는 화소 TFT를 형성한 어레이기판상의 배선이 차광층으로서 기능하기 때문에, 대향기판에 차광층을 형성할 필요가 없어진다는 이점을 가지고 있다. 따라서 액정 셀을 조합할 때에 맞춘 정밀도의 부족에 의한 개구율 저하가 생기고 있지만, 본 발명에 의하면 그러한 문제도 생지기 않게 된다.

또한 어레이기판상에 차광층을 형성한 액정표시장치의 광입사측에 HOE와 마이크로렌즈 등을 배치하는 경우는 어레이기판상에 형성된 차광재료로 둘러싸인 개구부에 대해서 위치 맞춤을 한다면 좋고, 빛의 손실과 색도의 악화도 생기지 않는다는 이점이 있다. 또한, HOE와 마이크로렌즈를 이용하고 칼라필터를 이용하지 않고서 칼라 표시를 실시하는 방식으로는 그들 초점거리와의 관계에서 화소피치가 점점 작아지고 고정밀화하는 만큼 대향기판 두께를 얇게 할 필요가 생긴다.

따라서 대향기판의 기계적 강도가 충분치 않아 액정 셀을 형성하는 것과 그러한 얇은 대향기판에 대해서 종래와 같이 차광층 패터닝을 실시하는 것이 곤란하게 된다. 그러나 본 발명에 의하면 상기와 같이 대향기판에 차광층을 형성할 필요가 없어진다. 따라서 본 발명에 의하면 HOE와 마이크로렌즈에 대향전극부착의 얇은 대향기판을 붙이든지 또는 얇은 대향기판을 붙인 뒤에 대향전극을 형성하고 상기 어레이기판과 서로 붙여 액정 셀을 형성할 수 있게 되는 이점도 생긴다.

다시 본 발명의 실시형태에 의해면 스페이서기둥에 의해 생기는 액정분자의 배향 불량 영역을 차광부에 형성하기 위한 표시불량이 저감된다.

또, 본 발명에 의하면 홀로그램 광학소자와 마이크로렌즈 등의 광학소자를 일체형성하는 것도 용이한 액정표시장치를 제공할 수 있다. 즉, n행의 화소 드레인전극과 보조용량선은 n행의 화소 상측에 붙여 배치되어 있다. 이렇게 배치함으로써 화소 개구부에 종래와 같은 돌출한 차광부가 형성되지 않고 대략 장방형의 균일한 형상을 갖는 개구가 얻어진다. 따라서 HOE와 조합한 경우도 광스펙트럼 분포의 R, G, B성분만을 효율적으로 개구부에서 받을 수 있고 색순도도 현저히 개선된다.

즉, 본 발명에 의하면 개구율이 높고 고속 응답이 가능하고 보조용량치도 높고, 높은 생산성으로 제조할 수 있는 액정표시장치를 제공할 수 있게 되고 산업상의 효과도 크다.

Claims (15)

1. 어레이기판,

   상기 어레이기판에 대향하여 설치된 대향전극을 갖는 대향기판,

   상기 어레이기판과 상기 대향기판과의 사이에 봉입된 액정,

   상기 어레이기판상에 설치된 복수의 평행 도전선으로 형성된 주사선,

   이들 주사선에 교차하여 절연물을 통해 설치된 복수의 평행 도전선으로 형성된 신호선,

   상기 주사선과 신호선과의 각각의 교차부에 매트릭스형상으로 설치된 박막 트랜지스터로 이루어진 스위칭소자,

   상기 주사선과 신호선이 둘러싸는 영역에 매트릭스형상으로 설치된 상기 스위칭소자에 접속된 화소전극 및

   상기 주사선간에 평행으로 배치된 보조용량선으로 이루어진 액정표시장치에 있어서,

   상기 보조용량선은 상기 화소전극을 제 1 영역과 제 2 영역으로 이분하고 있고, 동시에 상기 신호선에 겹치도록 신호선을 따라서 연장되는 보조용량부를 형성하고 있고,

   상기 박막 트랜지스터는 반도체 영역을 갖고, 이 반도체 영역은 상기 주사선과 신호선과의 상기 교차부, 교차부 근방 및 보조용량부에 겹쳐져 연장되고, 연장단이 상기 화소전극의 제 1 영역에 겹쳐 있고, 상기 교차부에 채널부를 형성하고, 이 채널부 근방에 상기 신호선와 소스·드레인 전극의 한쪽 접촉부를 형성하고, 상기 연장단에 상기 제 1 영역과 상기 소스·드레인 전극의 다른 쪽 접촉부를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 화소전극은 상기 신호선의 연장방향으로 가늘고 긴 형상을 갖고, 상기 보조용량선이 상기 화소전극을 상기 연장방향으로 이분하고 있으며, 상기 화소전극의 제 1 영역이 제 2 영역보다도 작게 형성되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 화소전극의 제 1 영역과 제 2 영역 중 제 1 영역이 상기 화소전극의 스위칭소자의 채널부보다도 떨어진 측에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 주사선, 상기 보조용량선 및 상기 보조용량부가 동일 패턴 금속막으로 형성되고, 상기 반도체 영역, 상기 동일 패턴 금속막, 상기 신호선 및 상기 화소전극이 절연막을 통해서 순차적으로 적층되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 주사선, 상기 신호선 및 상기 보조용량선의 적어도 하나가 차광재료로 형성되고, 화소전극의 둘레 가장자리부와 겹쳐 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
6. 제 5 항에 있어서,

   상기 화소전극은 차광재료로 이루어진 차광층을 적층하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
7. 제 6 항에 있어서,

   상기 차광층은 상기 화소전극이 구성된 절연막과는 다른 절연막상에 형성되고, 접촉구를 통해서 상기 스위칭소자의 상기 소스·드레인전극의 한쪽 및 상기 화소전극에 각각 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
8. 제 6 항에 있어서,

   표시 영역을 둘러싸는 상기 기판상의 둘레 가장자리의 틀 가장자리부에는 차광재료로 이루어진 다른 차광층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 기판상의 상기 틀 가장자리부에 형성된 차광층은 도전성 재료에 의해 구성되고, 일정 전위에 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 기판상의 상기 틀 가장자리부에 형성된 상기 차광층에 의해 형성되는 차광부에는 상기 신호선 또는 상기 주사선 중 적어도 어떤 것을 구동하기 위한 구동 회로의 적어도 일부가 절연막을 통해서 평면적으로 겹쳐지도록 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
11. 어레이기판,

    상기 어레이기판에 대향하여 설치된 대향전극을 갖는 대향기판,

    상기 어레이기판과 상기 대향기판과의 사이에 봉입된 액정,

    상기 어레이기판상에 설치되고 복수의 평행 도전선으로 형성된 주사선,

    이들 주사선에 교차하여 절연물을 통해 설치된 복수의 평행 도전선으로 형성된 신호선,

    상기 주사선과 신호선과의 각각의 교차부에 매트릭스형상으로 설치된 박막 트랜지스터로 이루어진 스위칭소자,

    상기 주사선과 신호선이 둘러싸는 영역에 매트릭스형상으로 설치된 상기 스위칭소자에 접속된 화소전극,

    상기 주사선간에 평행하게 배치된 보조용량선,

    상기 어레이기판과 상기 대향기판과의 사이의 간격을 유지하기 위해서 상기 어레이기판측에 설치된 스페이서 및

    상기 어레이기판측과 상기 대향기판측의 상기 액정에 접촉하는 면에 설치되는 러빙 처리된 배향막으로 이루어진 액정표시장치에 있어서,

    상기 보조용량선은 상기 화소전극을 제 1 영역과 제 2 영역으로 이분하고, 동시에 상기 신호선에 겹치도록 신호선을 따라서 연장되는 보조용량부를 형성하고 있고,

    상기 박막 트랜지스터는 반도체 영역을 갖고, 이 반도체 영역은 상기 주사선과 신호선과의 상기 교차부, 교차부 근방 및 보조용량에 겹쳐 연장되고, 연장단이 상기 화소전극의 제 1영역에 겹쳐져 있고, 상기 교차부에 채널부를 형성하고, 이 채널부 근방에 상기 신호선과 소스·드레인전극의 한 쪽 접촉부를 형성하고, 상기 연장단에 상기 제 1 영역과 상기 소스·드레인 전극의 다른 쪽 접촉부를 형성하며,

    상기 스페이서는 기둥형상으로 형성되고, 기판면 방향의 단면이 상기 러빙처리 방향으로 가늘고 긴 형상을 가지며, 상기 화소전극의 제 1 영역 근방의 상기 신호선상의 영역에 배치하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 화소전극의 제 1 영역에 대향하는 대향기판의 영역에 차광층이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
13. 제 11 항에 있어서,

    상기 어레이기판과 상기 대향기판과의 사이의 간격을 제어하는 스페이서기둥의 배향방향의 형상 크기는 다른 방향의 형상 크기보다 대략적으로 짧은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
14. 제 11 항에 있어서,

    상기 스페이서기둥에 의해 생기는 액정분자의 배향 불량 영역은 상기 어레이기판상의 차광성 부재에 의해 차광되고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
15. 제 12 항에 있어서,

    상기 스페이서기둥에 의해 생기는 액정분자의 배향 불량 영역은 상기 대향기판상의 차광층에 의해 차광되고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.