KR960002203B1 - 액정 전기 광학 장치 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

액정 전기 광학 장치

제1a,1b 및 1c도는 본 발명의 액정 전기 광학 장치의 제작공정 개략도.

제2도는 TN액정 표시 장치의 구조도.

제3a,3b 및 3c도는 종래의 예에 따른 액정 조성물을 주입방법의 설명도.

제4도는 본 발명의 실시예에 따른 인버터형 상보형 박막 트랜지스터의 매트릭스 회로도.

제5도는 본 발명의 실시예에 따른 장치 배치도.

제6도는 본 발명의 실시예에 따른 구동 신호.

제7a 내지 7f도는 본 발명의 실시예에 따른 액정 전기 광학 장치 제작 방법의 설명도.

제8도는 본 발명의 실시예에 따른 액정 전기 광학 장치의 단면도.

제9도는 본 발명의 실시예에 따른 액정 전기 광학 장치의 단면도.

제10도는 본 발명의 실시예에 따른 SiC막의 분광 투과율.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 기판 101 : 제1전극

103 : 조광층 104 : 제2전극

본 발명은 종래 2개의 기판으로 구성되어 있던 액정 전기 광학 장치를, 1개만의 기판으로 구성하고, 박형이며 경량화된 새로운 액정 전기 광학 장치를 제작하는 제작 방법에 관한 것이다.

종래의 액정 전기 광학 장치는 네마틱 액정을 사용한 TN형이나 STN형인 것이 널리 실용화되어 있다.

또, 최근에 강유전성 액정을 사용한 것이 알려져 있다. 이들 액정 전기 광학 장치는 기판상에 전극 및 리드를 갖는 제1의 기판과, 기판상에 전극 및 리드를 갖는 제2의 기판에 의해서, 액정 조성물을 끼워 갖고 있으며, 상기 기판상의 전극에 의해서 액정 조성물에 전계를 가하고, 액정의 유전율의 이방성에 의해서 액정 분자를 작동시켜 그 결과 액정 분자가 갖는 광학 이방성을 이용하는 장치이다.

구체적으로는, TN(투위스트 네마틱) 액정 전기 광학 장치의 경우, 제2도에 도시하듯이 제1기판(201)의 TIO(인듐 산화 주석)(202)상에 폴리이미드로 주체로 하는 배향막(203)을 설치하며, 러빙 방법(rubbing)으로 액정 분자(204)의 방향을 일정하게 가지런히 하는 수단도 갖게 된다. 마찬가지로 해서 제2기판을 설치하며 제1기판과 제2기판의 러빙 방향이 90˚를 이루게 대향시키고, 네마틱 액정 조성물(205)을 끼어 갖는 것이다.

액정 분자는, 액정층의 양 기판 접촉면에서 러빙의 규제력에 따라서 러빙 방향으로 정렬한다. 액정층의 중간 부근에서, 90˚에 위치하는 상하 분자 사이를 에너지가 가장 작아지게 나선을 그려 정렬하게 한다.

이들 장치는 어느 것이나 편광판을 요하며, 또한 액정을 장치내에서 일정 방향으로 규칙 바르게 배향시킬 필요가 있었다. 그 때문에, 장치의 구조는 1쌍의 기판에 의해서, 액정 재료를 유지하는 용기를 구성하고, 그 용기중에 액정을 주입하고, 액정을 배향시켜 그의 광학적인 효과를 이용하고 있었다.

한편, 이들 편광판이나 배향을 필요로 하지 않고, 화면이 밝은 콘트라스트가 좋은 분산형 액정이 알려져 있다. 이 분산형 액정은 투광성의 고상 폴리머가 네마틱, 콜레스테릭 또는 스멕틱의 액정을 입상 또는 해선상(sponge-like structure)으로 유지하고 있는 것이다. 이 액정 장치의 작성 방법으로선, 액정의 캡슐화(encapsulation)로 폴리머중에 액정을 분산시키고, 상기 폴리머를 필름 또는 기판상에 박막으로서 형성시키고 있는 것이 알려져 있다. 여기에서 캡슐화 물질로선 제라틴, 아라비아 고무, 폴리비닐 알콜등이 제안되어 있다.

이들 기술에선 폴리비닐 알콜로 캡슐화된 액정 분자는, 그것들이 박막중에서 정의 유전 이방성을 갖는 것이면, 전계의 존재하에서 상기 액정 분자가 전계 방향으로 배열하고, 액정의 굴절율과 폴리머의 굴절율이 동등한 경우에는 투명성이 발현된다. 한편 전계가 없는 경우엔 액정은 특정 방향으로 배열하지 않고 여러방향으로 향하고 있으므로, 액정의 굴절율이 폴리머의 굴절율과 어긋나게 되며, 빛은 산란되어 빛의 투과를 방해하고 백탁 상태로 된다. 이같이 캡슐화된 액정을 분산해서 내부에 갖는 폴리머를 필름 또는 박막화한 것으로서는 상술의 예 이외에 몇가지가 알려져 있다. 예컨대, 액정 재료가 에폭시수지층에 분산한 것, 또, 액정과 광 경화 물질사이에 상 분리(phase separation)를 이용한 것, 3차원으로 이어진 폴리머 (three-dimmensionally chained polymer)중에 액정을 함침 (impregnate)시킨 것등이 알려져 있다. 본 발명에 있어서 이들 액정 전기 광학 장치를 총칭해서 분산형 액정이라고 말한다.

상기와 같은 대형의 액정 전기 광학 장치의 실용화에 있어서, 특히 액정 전기 광학 장치의 제작 방법에 있어, 값싸고 용이하게 대형 장치를 제작하는 기술이 필요하게 되었다.

대형화할때의 문제점으로선, TN형, STN형, FLC형등은 액정 분자를 일정 방향으로 배향시킬 필요가 있기 때문에, 액정 재료를 1쌍의 기판으로 에워싸인 용기내에 주입해야 한다.

이들 액정을 주입하는데엔, 제3도에 도시하듯이 미리 작성한 1쌍의 기판으로 구성되는 액정 셀(301)을 액정 주입 장치의 용기내에 배치하고, 이 용기를 진공 배기해서, 액정 셀의 내부의 공기를 제거한 후에, 셀의 주입구(302)에 액정(303)을 접촉시킨후, 질소(304) 등으로 주입 장치의 용기내의 압력을 상승시키고, 액정 셀내의 압력과 용기의 압력과의 압력차를 이용해서 주입해야 한다.

액정 장치가 대형화했을 경우, 예컨대 A4크기의 액정 셀의 경우, 주입구(302)에서 액정 셀의 끝까지 거리가 200㎜이상이 된다. 또, 1쌍의 기판 간격은 최대 20㎛정도이며 이 간격의 부분을 200㎜이상이나 액정 재료는 이동할 필요가 있으며, 주입 시간을 매우 장시간 필요로 했다.

또, 주입 공정에 진공 분위기 또는 감압 분위기를 필요로 하기 때문에, 값비싼 제조 장치가 필요하며, 액정 셀의 제조 가격은 높은 것으로 되어 있었다.

또한, 액정 조성물은 수종류의 단체 액정 분자의 집합체이며, 각 액정 물질마다 전이 온도, 증기압점이 상이하므로 진공중에 노출하므로서 전이점이 낮은 것은 증기화하며, 액정 조성물의 조성비가 변화되고 말며, 집합 재료의 액정 조성물의 전기 광학 특성과 주입후의 액정 조성물의 전기 광학 특성이 크게 변화한다는 문제가 생기고 있었다.

또한 다시, 대형 기판으로 기판 간격을 균일하게 유지하게 위해서 기판의 두께를 증가할 필요가 생기며, 기판이 2개 필요한 일도 있고, 그 중량이 무거워지고 세상이 필요로 하는 경박단소의 대형 액정 패널과 모순이 생기고 있다.

그러므로, 본 발명에선 1개의 기판상에 설치한 제1의 전극상에, 액정 재료를 분산시킨 조광층을 스크린 방법 또는 오프 세트 방법등의 인쇄 방법 또는 스핀법으로 도포한 후에, 열 또는 자외선의 에너지로 고체화하고, 다시 그 위에 제2의 전극을 두므로서, 대향 기판을 필요로 하지 않는 1개의 기판으로 구성된 액정 전기 광학 장치의 제작 방법이다.

구체적으로는 즉, 소정의 패터닝이 실시된 제1의 전극을 갖는 1개의 기판상에, 투명 고체 물질인 유기수지와 액정의 혼합물로 되는 20㎛이하의 조광층 박막을 제작하기 위해서, 오프 세트법으로 전사 인쇄, 또는 스크린법으로 인쇄, 스핀너에 의해서 고속회전을 시켜 도포시킨 후 유기 수지의 경화 수단(열 또는 자외선)에 의해 경화시킨후, 1개 이상의 개수로 되는 제2의 전극 및 리드, 및 보호막을 차례로 설치하므로서, 1개만의 기판으로 액정 전기 광학 장치를 실현하는 것이다.

여기에서, 조광층이란 투명 고체 물질(투광성의 고상(solid) 폴리머 또는 고분자 형성의 모노머(monomer))와 네마틱, 클레스테릭 또는 스멕틱의 액정을 포함하며, 이들 액정은 입상 또는 해선상 (sponge)으로 유지되어 있는 것이다. 이 투광성의 고상 폴리머는 폴리에틸렌, 폴리메타크릴 산에스테르, 폴리스틸렌, 폴리염화비닐, 폴리아크릴니트릴, 폴리비닐알콜, 폴리에스텔, 폴리아미드수지, 폴리에틸렌텔텔레프탈레이트수지, 불소수지, 실리콘수지등의 단독 또는 혼합물이 쓰인다.

조광층 구성 재료물로 고분자 형성의 모노머와 액정 재료 또는 상기 고상 폴리머와 액정 재료를 공통의 용매에 용해한 것이 사용된다. 전자의 경우는 상기 혼합물을 도포법으로 기판상에 도포한후 열 또는 빛을 조사해서, 조광층을 형성한다. 한편, 후자는 용해한 액상물을 도포하여 액상 매체층을 형성하고, 그후 이 용매를 제거해서, 조광층을 형성한다.

용매로선 케톤류, 알콜류, 벤젠, 톨루엔등의 불포화 탄화수소나 물등이 사용된다. 이것들은 도포 방법으로 적당히 선택해서 단독 또는 혼합해서 사용된다.

도포 방법은 액정 재료의 형상, 특성에 따라서 닥터나이프 (doctor knife), 롤코터, 커튼코터, 나이프코터, 스프레이 도포, 스피닝, 스크린 인쇄, 오프 세트 인쇄등의 방법을 채용할 수 있다.

또, 다수의 전극을 매트릭스 구성으로 하여 사용하는 경우, 기판상에 매트릭스 구성을 갖는 신호선과 각각의 화소 전극에 P채널형 박막 트랜지스터와 N채널형 박막 트랜지스터를 상보형으로 구성한 상보형 박막 트랜지스터를 설치하고, 이 상보형 박막 트랜지스터의 입출력측중 한쪽을 상기 화소 전극에, 다른 한쪽을 상기 매트릭스 구성을 갖는 1쌍의 신호선의 제1신호선에 접속하고, 또한 상기 상보형 박막 트랜지스터의 게이트를 상기 매트릭스 구성을 갖는 신호선의 제2신호선에 접속한 전기 회로를 설치한 것을 기판으로 해도 좋다.

또, 기판상에 매트릭스 구성을 갖는 신호선과 각각의 화소 전극에 N채널형 박막 트랜지스터를 설치하고, 상기 박막 트랜지스터의 입출력측중 한쪽을 상기 화소 전극에, 다른 한쪽을 상기 매트릭스 구성을 갖는 1쌍의 신호선의 제1신호선에 접속하고, 또한 상기 박막 트랜지스터의 게이트를 상기 매트릭스 구성을 갖는 신호선의 제2의 신호선에 접속한 전기 회로를 설치한 것을 기판으로 해도 좋다.

또, 기판상에 매트릭스 구성을 갖는 액정 장치에 있어서, 각각의 화소에 연계되는 배선에 전기적 비선형 소자를 두고, 이 전기적 비선형 소자의 출력을 상기 화소에 연결시킨 구성을 둔 것을 기판으로 해도 좋다.

[실시예 1]

제1도에 본 실시예의 액정 전기 광학 장치의 제작 방법의 공정도를 도시한다. 제1도에 있어서, 설명을 위한 개략도이기 때문에 실제 칫수와는 상이하게 그려져 있다. 사용하는 기판으로서는 통상의 청판 유리(100)상에 투광성의 화소 전극(101)으로서 두께 2000Å의 ITO를 소정의 패턴으로 형성한 것을 사용했다. 이 전극(101)은 소정의 패턴으로 에칭 형성되어 있으며, 화소 전극(101)과 동시에 제 2전극의 단자부(102)를 형성한다(제1a도).

단, 이 단자부는 특히 금속으로 형성한 경우에 유효하며 제2전극의 인출부의 저항을 방해하는 역할을 다한다.

다음에 프리폴리머(pre-polymer)와 네마틱 액정의 혼합 균일 용액을 스크린 인쇄법으로 두께 약 15㎛로 형성했다. 이 프리폴리머로서 트리메틸롤프로팬트리아클리레이트를 쓰며, 중합기폭제와 더불어 통상의 네마틱 액정 재료에 대해서 약 25%의 비율로 혼합한 균일 용액을 사용했다. 이후, 인쇄한 혼합 용액을 잠시 방치하고, 충분히 레벨링한 후에 기판 전면에 자외광을 조사하고, 기판간에 형성된 모노머를 경화(고분자화)시키고, 조광층(103)을 25㎛의 두께로 형성했다(제1b도).

이 실시예의 경우, 조광층 도포후, 용매를 제거할 필요가 없으며, 레벨링시에 용매가 증발하므로서, 조광층 표면이 어지러워지는 일이 없고 평탄한 조광층 표면을 얻을 수 있으며 균일한 액정 전기 광학 특성을 실현하는데 좋았다.

또한, 상기 조광층(103)위에 제2전극(104)으로서, ITO를 2000Å 형성하고, 소정의 패턴으로 에칭 제거한다. 이때, 조광층에 손상을 줄 가능성이 높으므로, ITO막을 스퍼터법으로 형성할때 가열 온도를 통상보다 내리고, 다시 산소 분위기 농도를 내린 상태에서 저급 산화물 상태의 ITO막을 형성한다. 그리고, 소정의 마스크 패턴을 사용해서 포토레지스트로 마스크를 형성하고 4염화 탄소를 포함하는 에칭 기체로 건식 에칭을 행하고, ITO막을 패터닝한 후에 250℃정도의 온도로 산화성 분위기하에서 산화 처리를 행하고, ITO막을 산화해서, 투과율을 향상시키고, 전기 저항을 내리므로서 제2전극을 형성할 수 있다.

물론, 통상의 산 용액을 사용한 습식 에칭으로 ITO를 패터닝할 수 있으나, 그때는 사용하는 산 용액에 내성이 있는 조광층을 선정해야 한다.

다음에, 이 제2전극상에 투광성의 보호막, 실리콘 수지를 도포법으로 형성하고, 보호막(105)를 완성하고, 1개의 기판만으로, 액정 전기 광학 장치를 완성할 수 있었다(제1c도).

[실시예 2]

이 실시예에선 제4도에 도시하는 바와 같이 회로 구성 즉, 인버터형의 회로 구성을 사용한 액정 표시 장치를 써서, 액정 표시 장치의 설명을 행한다. 이 회로 구성을 대응하는 실제의 전극등의 배치 구성을 제5도에 도시하고 있다. 이것들은 설명을 간단히 하기 위해서 2×2에 상당하는 부분만 기재되어 있다. 또, 실제의 구동 신호 파형을 제6도에 도시한다. 이것도 설명을 간단히 하기 위해서 4×4의 매트릭스 구성으로한 경우의 신호 파형으로 설명을 한다.

우선, 이 실시예에서 사용하는 스위칭 소자의 제작 방법을 제7도를 사용해서 설명한다. 제7a도에 있어서 석영 유리등의 고가가 아닌 700℃이하, 예컨대 약 600℃의 열 처리를 견딜 수 있는 유리(50)상에 마그네트론 RF(고주파) 스퍼터법을 써서 블록킹 층(51)으로서의 산화 규소막을 1000 내지 3000Å의 두께로 제작한다. 프로세스 조건은 산소 100% 분위기, 성막 온도 15℃, 출력 400 내지 800W, 압력 0.5Pa로 했다. 타켓트로 석영 또는 단결정 실리콘을 사용한 성막 속도는 30 내지 100Å/분이었다.

이 위에 실리콘막을 LPCVD(감압 기상)법, 스퍼터법 또는 플라스마 CVD법으로 형성했다. 감압 기상법으로 형성하는 경우, 결정화 온도보다 100 내지 200℃ 낮은 450 내지 550℃, 예컨대 530℃로 디실란(disilane : Si₂H₆) 또는 트리실란(trisilane : Si₃H₈)을 CVD장치에 공급해서 성막했다. 반응노내 압력은 30 내지 300 Pa로 했다. 성막 속도는 50 내지 250Å/분이었다. NTFT와 PTFT와의 임계 전압(Vth)으로 개략 동일하게 제어하기 위해서, 붕소를 디볼란(diborane)을 써서 1×10¹⁵내지 1×10¹⁸㎝^-3의 농도로 하고 성막중에 첨가해도 좋다.

스퍼터법으로 행하는 경우, 스퍼터전의 주위압을 1×10^-5Pa이하로 하고, 단결정 실리콘을 타케트로 하여 아르곤에 수소를 20 내지 80% 혼입한 분위기에서 행했다. 예컨대, 아르곤 20%, 수소 80%로 했다. 성막 온도는 150℃, 주파수는 13.56㎒, 스퍼터 출력은 400 내지 800W, 압력은 0.5Pa 였다.

플라즈마 CVD 법으로 규소막을 제작하는 경우, 온도는 예컨대 300℃로 하고, 모노실란(SiH₄) 또는 디실란(Si₂H₆)을 썼다. 이들은 PCVD 장치내에 도입하고 13.56㎒의 고주파 전력을 가해서 성막했다.

이들 방법으로 형성된 피막은 산소가 5×10²¹㎝^-3이하일 것이 바람직하다. 이 산소 농도가 높으면, 결정화시키기 어렵고, 열 어닐 온도를 높게 또는 열 어닐 시간을 길게 해야 한다. 또, 지나치게 적으면, 백라이트로 오프 상태의 누설 전류가 증가한다. 그 때문에 4×10¹⁹내지 4×10²¹㎝^-3의 범위로 했다. 수소는 4×10²⁰㎝^-3이며, 규소 4×10²²㎝^-3으로서 비교하면 1원자% 였다. 또, 소스, 드레인에 대해서 가일층 결정화를 조장시키기 위해서, 산소 농도를 7×10¹⁹㎝^-3이하, 바람직하게는 1×10¹⁹㎝^-3이하로 하고, 픽셀 구성하는 TFT의 채널형성 영역만에 산소를 이온 주입법으로 5×10²⁰내지 5×10²¹㎝^-3이 되게 첨가해도 된다. 그때 주변 회로를 구성하는 TFT에는 광 조사가 이뤄지지 않으므로, 이 산소의 혼입을 가일층 적게 하고, 가일층 큰 캐리어 이동도를 갖게 하는 것은 고주파 동작을 시키기 위해 유효하다.

다음으로 비결정(amorphous) 상태의 규소막을 200 내지 5000Å, 예컨대 1500Å의 두께로 제작한 후, 450 내지 700℃의 온도로 12 내지 70시간 비산화 분위기에서 중온의 가열 처리, 예컨대 수소 분위기하에서 600℃의 온도로 유지했다. 규소막하의 기판 표면에 비결정 구조의 산화 규소막이 형성되어 있으므로, 이 열처리로 특정 핵이 존재하지 않으며, 전체가 균일하게 가열 어닐(annealing)된다. 즉, 성막시는 비결정 구조를 가지며, 또, 수소는 단순히 혼입하고 있을 뿐이다.

어닐에 의해 규소막은 비결정 구조에서 질서성이 높은 상태로 옮기며, 1부는 결정 상태를 보인다. 특히, 실리콘의 성막후의 상태에서 비교적 질서성이 높은 영역은 특히 결정화를 해서 결정 상태로 되려고 한다. 그러나 이들 영역간에 존재하는 규소는 가일층 서로의 결합이 이뤄지므로, 규소끼리는 서로 끌어당긴다. 레이저 라만 분광법으로 측정하면 단결정 규소의 피크 522㎝^-1보다 저주파측으로 시프트한 피크가 관찰된다. 그것의 겉보기상의 입력은 반값 폭으로 계산하면, 50 내지 500Å와 마이크로 크리스탈과 같이 되어 있으나, 실제 이 결정성이 높은 영역이 다수 있어 클러스터 구조(cluster)를 가지며, 각 클러스터간은 서로 규소끼리에서 결합(앵커링(anchoring)) 된 세미-비결정 구조(semi-amorphous)의 피막을 형성시킬 수 있었다. 또, 반도체 층으로서 폴리실리콘막을 채용하는 것도 가능하다.

결과로서, 피막은 실질적으로 그레인 바운다리(이하 GB(grain boundary)라 한다)가 없다고 해도 될 상태를 나타내다. 캐리어는 각 클러스타간을 앵커링된 부분을 통해서 서로 용이하게 이동할 수 있으므로, 소위 GB의 명확하게 존재하는 다결정 규소보다도 높은 캐리어 이동도로 된다. 즉, 홀 이동도(μh)=10 내지 200㎝²/Vsec, 전자 이동도(μe)=15 내지 300㎝²/Vsec가 얻어진다.

다른편, 상기하는 바와같은 중온에서의 어닐이 아닌, 900 내지 1200℃의 고온 어닐에 의해 피막을 다결정화하면, 핵으로부터의 고상 성장에 의해 피막 중 의 불순물의 편석이 일어나서, GB에는 산소, 탄소, 질소등의 불순물이 많아져, 결정중의 이동도는 크나, GB에서의 배리어(장벽)을 만들어 거기에서의 캐리어의 이동을 저해해 버린다. 결과로서, 10㎝²/Vsec이상의 이동도가 약간 얻어지지 않는 것이 실정이다. 즉, 본 실시예에서는 그와같은 이유에 의해, 세미-비결정 또는 세미-결정 구조를 갖는 실리콘 반도체를 사용하고 있다.

이 위에 산화 규소막을 게이트 절연막으로서 500 내지 2000Å 예를들자면 1000Å의 두께로 형성하였다. 이것은 블로킹 층으로서의 산화 규소막의 제작과 동일 조건으로 하였다. 이 성막중에 불소를 소량 첨가하여, 나트륨 이온의 고정화를 시켜도 좋다.

이후, 이 상측에 인이 1 내지 5×10²¹㎝^-3의 농도를 들어간 실리콘막 또는 이 실리콘막과 그 위에 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), MoSi₂또는 WSi₂와의 다층막을 형성하였다. 이것을 제2의 포토 마스크 ②에서 패터닝하여 제7b도를 얻었다. PTFT용의 게이트 전극(9), NTFT용의 게이트 전극(19)을 형성하였다. 예컨대 채널 길이 10㎛, 게이트 전극으로서 인도프 규소를 0.2㎛, 그 위에 몰리브덴을 0.3㎛의 두께로 형성하였다. 제7c도에 있어서, 포토레지스터(57)를 포토 마스크 ③를 사용해서 형성하며, PTFT용의 소스(10), 드레인(12)에 대해, 붕소를 1 내지 5×10¹⁵㎝^-2의 도즈량(dose)으로 이온 주입법에 의해 첨가하였다. 다음에 제7d도와 같이, NTFT를 포토 마스크 ④를 사용해서 형성하였다. NTFT용의 소스(20), 드레인(18)으로서 인을 1 내지 5×10¹⁵㎝^-2의 도즈량(dose)으로 이온 주입법에 의해 첨가하였다.

이들은 게이트 절연막(54)을 통해서 행하였다. 그러나 제7b도에 있어서, 게이트 전극(55,56)을 마스크로서 실리콘막 위의 산화 규소를 제거하여, 그후, 붕소, 인을 직접 규소막중에 이온 주입하여도 좋다.

다음으로 600℃에서 10 내지 50 시간 다시 가열 어닐을 행하였다. PTFT의 소스(10), 드레인(12), NTFT의 소스(20), 드레인(18)을 불순물을 활성화하여 P⁺, N⁺로 하여 제작하였다. 또한 게이트 전극(9,19) 아래에는 채널 형성 영역(21,11)이 세미-비결정 반도체로서 형성되어 있다.

그같이 하면, 셀프 얼 라인 방식(self-alignment) 이면서도, 700℃이상으로 모든 공정에서 온도를 가하는 일없이 C/TFT를 만들 수가 있다. 그로 인하여, 기판 재료로서, 석영등의 고가인 기판을 사용하지 아니해도 좋고, 본 발명의 대화소의 액정 표시 장치에 매우 적합한 프로세스이다.

본 실시예에서는 열 어닐은 제7a도, 제7d도에서 2회 행하였다. 그러나 제7a도의 어닐은 구하는 특성에 의해 생략하며, 쌍방울 제7d도의 어닐에 의해 겸한 제조 시간의 단축을 도모해도 좋다. 제7e도에 있어서, 층간 절연물(65)을 상기 스퍼터법에 의해 산화 규소막의 형성으로서 행하였다. 이 산화 규소막의 형성은 LPCVD법, 광 CVD 법, 상압 CVD법을 사용해도 좋다. 예컨대 0.2 내지 0.6㎛의 두께로 형성하며, 그후, 포토 마스크 ⑤를 사용해서 전극용의 창(66)을 형성하였다. 또 다시, 이들 전체에 알루미늄을 스퍼터법에 의해 형성하고, 리드(71,72) 및 접촉부(67,68)를 포토 마스크 ⑥를 사용해서 제작한 후, 표면을 평탄화용 유기 수지(69) 예컨대 투광성 폴리이미드 수지를 도포 형성하며, 재차 전극 구멍 뚫기를 포토 마스크 ⑦에 행하였다.

제7f도에 도시하는 바와같이 2개의 TFT를 상보형 구성으로 하며, 또한 그 출력단을 액정 장치의 한편의 화소의 전극을 투명 전극으로 하여 그것에 연결하기 때문에, 스퍼터법에 의해 ITO(인듐·주식 산화막)을 형성하였다. 그것을 포토 마스크 ⑧에 의해 엣칭하고, 화소 전극(17)을 구성시켰다. 이 ITO는 실dhs 내지 150℃에서 성막하여, 200 내지 400℃의 산소 또는 대기중의 어닐에 의해 성취하였다.

이와같이 하여 PTFT(22)와 NTFT(13)와 화소 전극인 투명 도전막의 전극(70)을 동일 유리 기판(50)위에 제작하였다. 얻어진 TFT의 특성은 PTFT에서 이동도는 20(㎠/Vs), Vth는 -5.0(V)로, NTFT에서 이동도는 40(㎠/Vs), Vth는 5.0(V)였었다.

상기한 제작법은, 인버터형이나, 버퍼형이라도 꼭같은 것은 말할 나위도 없다. 이와같이 하여, 기판을 얻었다.

제1도의 제작 공정 순서에 따라, 상기한 기판을 사용하여 액정 전기 광학 장치를 제작하였다. 제8도는 본 실시예의 액정 장치의 개략적인 단면도이나, 상술한 액티브 소자의 부분을 제외한 단면의 모양을 도시하고 있다. 또한 본 실시예에서는 액티브 소자를 사용하고 있으므로 조광층 위의 제2전극은 패터닝하지 않고, 거의 전체면에 형성되어 있다. 제8도에 도시하는 바와같이, 상기 기판(230)위에, 자외선 경화 특성을 갖는, 에폭시 변성 아크릴 수지중에 50중량%의 네마틱 액정을 분산시킨 수지를 스크린법을 사용해서 형성하였다.

사용한 스크린의 메슈(meshes) 밀도는 1인치당 125메슈로 하여, 에멀젼 두껐覽 15㎛로 하였다. 또한 스키지압(the pressure of a squeeze)은 1.5㎏/㎞背 하였다.

다음에 10분간의 레베링 후 236 ㎚을 중심으로 한 발광 파장을 갖는 고압 수은 램프로서, 100mJ 의 에너지를 부여하여, 수지를 경화시켜, 12㎛두께의 조광층(231)을 형성하였다.

그후, 직류 스퍼터법을 사용하여, Mo(몰리브덴)을 2500Å 성막하여, 제2의 전극(232)으로 하였다.

그후, 흑색의 에폭시 수지를 스크린법을 사용해서 인쇄를 행하여, 50℃에서 30분 가 소성 후, 180℃에서 30분 본 소성을 행하고, 50㎛의 보호막(233)을 형성하였다.

기판위의 리드에 TAB형상의 구동 IC 를 접속하여, 단 한개의 기판으로 구성하는 반사형의 액정 표시 장치를 완성시켰다.

본 실시예에서는 액티브 소자로서 상보형 구성의 TFT를 각 화소에 1조씩 설치하였으나, 특히 이 구성에 한정되는 일은 없고, 복수조의 상보형 구성의 TFT를 설치해도 좋고, 또다시 복수조의 상보형 구성의 TFT를 복수로 분할된 화소 전극에 설치해도 좋다.

또한 상보형 구성은 아니고 통상의 TFT소자를 설치한 기판을 사용하여도 좋은 것은 말할 나위도 없다.

본 실시예에서는 액티브 소자로서, TFT를 사용하였으므로, 조광층상의 제2전극을 패터닝하지 않고, 전체면에 형성하는 것만으로 좋으므로 제작 방법이 매우 간단했었다.

[실시예 3]

본 실시예에서는 액티브 소자로서, 전기적으로 비선형 특성을 갖는 MIM형 소자를 사용한 예를 도시한다. 제9도에 도시하는 바와같이, 먼저 0.7㎜의 폴리카보네이트(240)에, RF스퍼터에서 산화규소막(241)을 1000 내지 3000Å 설치한 후에, DC스퍼터에 의해, ITO막을 1000Å 성막하여, 그후 포토리소그래피법을 사용해서, 표시 화소 전극의 한편의 변과, 개략 동일 치수로 하는 폭의 스트라프 형상으로, 패터닝을 하여, 제1의 전극(242)으로 하였다.

그후, 하기 조건 아래에 글로우 방전을 행하며, Si_XC_Y(X+Y=1) 막(243)을 1000Å 성막하였다. 성막 조건은 가스 혼합비 C₂H₄가 2SCCM, SiH₄가 1SCCM, PH₃(5중량%)/SiH₄가 1SCCM, H₂가 10SCCM이며, 반응 압력이 50Pa, RF파워가 100W이다.

본 실시예에 있어서 PH₃를 첨가하는 것은, 막(243)의 도전율을 변화시켜, 비선형 특성을 제어하기 위해서이며 30체적% 이하의 비율로 첨가하며 효과가 있다. 이 비선형성을 제어하는 방법으로서는, 열 어닐을 가하는 방법이 있다. 이것은 MIM형 소자의 I[insulater]부분에 해당하는 박막(243)의 탈수소화를 계획하므로서 막중의 수소 함유량을 콘트롤하여, MIM형 소자의 비선형을 제어하는 것이다. 본 실시예에서는, 이 열 어닐의 처리 조건이, 온도가 380℃, 압력이 100Pa, 처리 분위기가 Ar, 처리 시간이 1시간으로 하였다.

또한, 본 발명에 있어서는 이 Si_XC_Y(X+Y=1)로 표시되는 조성물을 포함하는 박막(243)의 두께를 2000Å이하, 바람직하게는 1000Å이하로 하므로서, 그 광 투과성을 높일 수가 있었다. 제10도에 본 실시예에서 사용한 Si_XC_Y(X+Y=1)로 표시되는 조성물을 포함하는 박막의 1000Å시의 분광투자율을 표시한다.

종래는 MIM형 소자의 절연체 부분에 절연성 재료, 예컨대 TaO₅(5산화 탄탈)막을 사용하려는 경우, 그 광 투과성이 문제로 되므로, 가급적 그 면적을 적게 하는 등의 공정상의 제약이 있었으나, 이와같이 광 투과율이 높은 박막을 사용하면 제9도에 도시하는 바와같이 소자를 패터닝할 필요도 없고 개구율을 크게 할 수가 있다. 그후, 또다시 DC스퍼터법에 의해, 막(243) 위해 ITO를 1000Å 성막하여, 포토 리소그래피법을 사용하여, 제2의 전극(244)을 얻었다. 이경우, 마그네트론형 RF스퍼터법을 사용하여도 좋다.

화소 전극의 한편인 전극의 치수는, 한 변이 250㎛인 정방향으로 하여, 화소간의 갭은 25㎛로 하였다. 이 화소의 전극(244)은 표시때, 단위 화소를 이루는 크기를 갖는 것이며, 박막(243)에 가하는 전계가 각 화소에 있어서 균일하게 되도록 작용하는 것이다. 이와같이 하여, 기판(245)을 얻었다.

상기한 기판 위에, 자외선 경화 특성을 갖는 에폭시 변성 아크릴 수지중에 60중량%의 콜레스테릭 액정을 분산시킨 수지를 스핀법을 사용해서 도포를 하였다. 그때의 조건은 3500rpm, 60초간으로 하였다. 레베링의 후 236㎚을 중심으로 한 발광 파장을 갖는 고압 수은 램프로서, 1000mJ의에너지를 부여하여, 수지를 경화시켜, 12㎛두께의 액정 분산 수지층(246)을 형성하였다.

그후, 직류 스퍼터법을 사용해서, ITO를 1200Å 성막하여, 그후 포토 리소그래피법을 사용해서 패터닝을 하여, 제2의 전극(247)으로 하였다.

그후, 투광성의 실리콘 수지를 스크린법을 사용해서 인쇄를 행하여, 50℃에서 30분 가 소성후, 120℃에서 30분 본 소성을 행하여, 50㎛의 보호막(248)을 형성하고, 기판 위의 리드에 TAB 형상의 구동 IC를 접속하여, 반사형의 액정 전기 광학 장치를 얻었다.

이상의 실시예에 있어서, 조광층의 도포에는 다른 도포법을 필요에 따라 채용할 수가 있다. 그 때에는 사용하는 용액의 성분, 점도, 특성에 의해 적당히 선택할 수 있다.

본 발명에 있어서, 기판으로 사용할 수 있는 것은 유리, 엔지니어링 플라스틱(engineering plastic)에 한정되지 않고, 유기 필름, 종이등 박막 형상의 전극, 조광층을 받쳐줄 수 있는 것이라면 폭넓은 응용이 가능한다.

종래의 제작법에 비해서, 인쇄법 또는 스핀법을 사용하였기 때문에, 진공 장치를 사용하지 아니해도 되며, 공정 코스트의 저감화가 가능해졌다. 또한, 전극과 투명 고체 물질을 복수층 적층하므로서, 멀티 패널도 실현된다. 이 경우 투명 고체 물질에 끼워진 전극은 그 상하의 조광층의 전극을 겸할 수도 있다.

또한, 진공 장치를 사용하지 않기 때문에, 액정 조성물의 조성비가 변화하지 않고, 공정간의 불균형, 면내의 불균형을 없앨 수가 있었다.

또한, 기판이 한장밖에 필요 하지 않기 때문에, 가볍고 얇은 액정 전기 광학 장치를 염가로 실현할 수가 있었다.

편향판을 사용하지 않고, 마주하는 막도 필요 하지 않으며, 한장만의 기판으로 액정 전기 광학 효과를 실현할 수 있으므로, 매우 밝은 액정 전기 광학 장치를 염가로 실현할 수가 있었다.

Claims (20)

1. 액정 전기-광학 장치에 있어서, 기판과 ; 상기 기판상에 형성된 다수의 박막 트랜지스터를 포함하는 TFT 어레이와 ; 상기 기판상에 형성된 전극 배열과 ; 투명한(transparent) 고체 물질과 액정 물질이 분산되어 있는 전기-광학 변조 층 ; 및 상기 전기-광학 변조층상에 형성된 도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 투명 고체 물질이 폴리머(Polymer)인 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학장치.
3. 제1항에 있어서, 상기 기판이 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학장치.
4. 액정 전기-광학 장치에 있어서, 기판과 ; 상기 기판상에 형성된 다수의 MIM 소자와 ; 상기 기판상에 형성된 전극 배열과 ; 투명한 고체 물질과 액정 물질이 분산되어 있는 전기-광학 변조-층 ; 및 상기 전기-광학 변조 층상에 형성된 도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
5. 액정전기-광학 장치에 있어서, 기판과 ; 상기 기판상에 형성된 다수의 박막 트랜지스터를 포함한 TFT 어레이와 ; 상기 기판상에 형성된 전극 배열과 ; 투명한 고체 물질과 액정 물질이 분산되어 있는 전기-광학 변조층과 ; 상기 전기-광학 변조층상에 형성된 도전층 ; 및 상기 도전층상에 바로 형성된 보호코팅을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
6. 제5항에 있어서, 상기 보호 코팅이 실리콘 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
7. 액정 전기-광학 장치에 있어서, 기판과 ; 상기 기판상에 형성된 다수의 금속-절연체-금속 소자(이 소자에서 절연체는 SixCy(x+y)=1)) ; 상기 기판상에 형성된 전극 배열과 ; 투명한(transparent) 고체 물질과 액정 물질이 분산되어 있는 전기-광학 변조 층 ; 및 상기 전기-광학 변조층상에 형성된 도전층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
8. 제7항에 있어서, 상기 절연체가 2000Å보다 두껍지 않은 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
9. 제1항에 있어서, 상기 장치가 단지 한개의 단일 기판을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
10. 제 9항에 있어서, 투명한 보호 막이 이 막을 통한 상기 장치의 뷰잉(viewing)을 허용하도록 상기 도전층위에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
11. 제 1항에 있어서, 상기 도전층이 상기 전기-광학 변조층에 인접하여 그에 의해 물리적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
12. 제1항에 있어서, 상기 도전층이 상기 전극 배열의 도전 스트립(conductive strips)에 직교하여 연장되는 병렬 도전 스트립을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
13. 제4항에 있어서, 상기 장치가 단지 한개의 단일 기판을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
14. 제4항에 있어서, 상기 도전 층이 상기 전기-광학 변조층에 인접하며 그에 의해 물리적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
15. 제5항에 있어서, 상기 장치가 단지 한개의 단일 기판을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
16. 제 5항에 있어서, 상기 도전층이 상기 전기-광학 변조층에 인접하여 그에 의해 물리적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
17. 제7항에 있어서, 상기 장치가 단지 한개의 단일 기판을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
18. 제7항에 있어서, 상기 도전층이 상기 전기-광학 변조층에 인접하여 그에 의해 물리적으로 지지되는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
19. 제1항에 있어서, 상기 액정이 0.2내지 3㎛의 직경을 가진 입상(granules)의 형태인 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.
20. 제4항에 있어서, 상기 액정이 0.2내지 3㎛의 직경을 가진 입상으로 캡슐화되는 것을 특징으로 하는 액정 전기-광학 장치.