DE69218092T2

DE69218092T2 - Elektrodenstruktur einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und Verfahren zur Herstellung der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung

Info

Publication number: DE69218092T2
Application number: DE69218092T
Authority: DE
Inventors: Toyoki C O Intellectua Higuchi; Hideo C O Intellectual Kawano; Makoto C O Intellect Shibusawa
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1991-09-26
Filing date: 1992-09-25
Publication date: 1997-07-10
Anticipated expiration: 2012-09-26
Also published as: KR930006493A; DE69218092D1; EP0534467A1; EP0534467B1; KR970000359B1; US5646705A

Description

Diese Erfindung betrifft eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer zwischen zwei Elektroden gehaltenen Flüssigkristallzusammensetzung bzw. -masse und ein Verfahren zur Herstellung der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung und insbesondere eine Verbesserung an der Elektrodenstruktur einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung.
In neuerer Zeit werden Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen als Fernseh- oder Graphik-Anzeigevorrichtungen oder -Bildschirme auf verschiedenen technischen Gebieten eingesetzt, weil sie kompakt und leicht sind und einen niedrigen Energieverbrauch aufweisen.
Es sind verschiedene Arten von Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen verfügbar, beispielsweise eine Einfachmatrixtyp-Anzeigevorrichtung unter Verwendung von in der Form einer Matrix angeordneten Paaren von Streifenelektroden und einer zwischen jedem Paar der Streifenelektroden gehaltenen (eingeschlossenen) Flüssigkristallmasse sowie eine Aktivmatrixtyp-Anzeigevorrichtung unter Verwendung eines Schaltelements, das für jedes Anzeigepixel vorgesehen ist.
Bei jeder der (dieser) Flüssigkristall-Anzeigevorrichtungen muß mindestens ein Elektrodensubstrat jedes Elektrodenpaars durchsichtig oder transparent sein. Dies bedeutet, daß in jedem Paar mindestens eine Elektrode, ebenso wie ihr Substrat, lichtdurchlässig sein muß.
Als transparente Materialien für die Elektrode sind ein NESA-(Zinn(IV)oxid-)Film und ein I.T.O.-(Indium-Zinnoxid-)Film bekannt. Insbesondere nimmt der Bedarf nach einem I.T.O.-Film als transparentes Elektrodenmaterial zu, da dieses Material im Vergleich zu anderen transparenten Elektrodenmaterialien in einem Photoätzprozeß leicht bzw. einfach gemustert werden kann und hohe Lichtdurchlässigkeit und elektrische Leitfähigkeit besitzt.
Der I.T.O.-Film enthält jedoch Indium (In), das ein sehr seltenes Metall und schwierig zu gewinnen ist. Aus diesem Grund ist in den letzten Jahren die Entwicklung von anstelle des I.T.O.-Films einzusetzenden transparenten Elektrodenmaterialien aktiv durchgeführt worden. Ferner wurde die Entwicklung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gefordert, die eine Elektrodenstruktur aus einem kostengünstigen Werkstoff anstelle von I.T.O. und mit einer hohen Lichtdurchlässigkeit aufweist.
Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit einer Elektrodenstruktur aus einem kostengünstigen Werkstoff anstelle von I.T.O. und mit einer hohen Lichtdurchlässigkeit sowie eines Verfahrens zur Herstellung einer solchen Anzeigevorrichtung.
Gemäß einem ersten Merkmal der vorliegenden Erfindung ist deren Gegenstand eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit:
- einem ersten Substrat,
- einer ersten Elektrodenstruktur, die auf einer Seite des ersten Substrates ausgebildet ist,
- einem zweiten Substrat, das dem ersten Substrat gegenüber gelegen ist, wobei ein Spalt dazwischen liegt,
- einer zweiten Elektrodenstruktur, ausgebildet auf der Seite des zweiten Substrates, welche der ersten Elektrodenstruktur gegenüberliegt,
- einer Flüssigkristallzusammensetzung, die in den Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat gefüllt ist, und
- einem Array von Bildelementen, die mit der Flüssigkristallzusammensetzung festgelegt sind, indem Anzeigebereiche der ersten Elektrodenstruktur und der zweiten Elektrodenstruktur einander überlappen, um jeweils die Durchlässigkeit von Lichtstrahlen zu steuern,
die dadurch gekennzeichnet ist, daß:
- die erste Elektrodenstruktur eine erste Elektrodenschicht aufweist, die aus einem leitenden Material hergestellt ist, das dort den Durchtritt von Lichtstrahlen verhindert, wobei diese Schicht an den Bereichen entsprechend den Bildelementen eine Öffnungsstruktur mit einer Vielzahl von Öffnungen aufweist, um dort die Lichtstrahlen durchlaufen zu lassen.
Gemäß einem zweiten Merkmal der vorliegenden Erfindung ist deren Gegenstand ein Verfahren zum Herstellen einer Aktivmatrixtyp-Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einer Vielzahl von Bildelementen, die in einem Array angeordnet sind, um jeweils den Durchgang von Lichtstrahlen zu steuern, mit:
dem Schritt des Bildens einer ersten Flüssigkristallsubstratstruktur, wobei der Schritt aufweist:
den Schritt des Bildens einer Vielzahl von Abtastlinien und Gateelektroden der Schaltelemente,
den Schritt des Beschichtens der Gateelektroden mit einem Isolierfilm auf einer Oberflächenseite eines ersten Substrates,
den Schritt des Bildens einer Halbleiterschicht auf dem ersten Isolierfilm und des Musterns der Halbleiterschicht, um Halbleiterelemente der Schaltelemente auf Schaltbereichen des Isolierfilms zu bilden,
den Schritt des Bildens von Pixelelektroden auf Pixelbereichen von der Oberflächenseite des ersten Substrates,
den Schritt des Bildens von Source- und Drainelektroden und Signalleitungen auf dem Isolierfilm, wobei die Drainelektroden elektrisch mit der entsprechenden Signalleitung verbunden sind und jede der Drainelektroden mit den entsprechenden Pixelelektroden verbunden ist, und
den Schritt des Beschichtens der Pixelelektroden mit einem Orientierungsfilm,
das dadurch gekennzeichnet ist, daß jede der Pixelelektroden aus einem leitenden Material hergestellt ist, das verhindert, daß Lichtstrahlen dort durchgehen, und eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, um dort Lichtstrahlen durchlaufen zu lassen.
Ein besseres Verständnis dieser Erfindung ergibt sich aus der folgenden Beschreibung anhand der beigefügten Zeichnungen, in denen zeigen:
Fig. 1 eine schematische Vorderansicht eines bei einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung verwendeten Matrixanordnungs- bzw. -arraysubstrats,
Fig. 2 eine schematische Ansicht im Schnitt längs der Linie A-A' in Fig. 1,
Fig. 3A bis 3D Schnittansichten zur Darstellung eines Verfahrens zur Herstellung der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Fig. 1,
Fig. 4 eine schematische Vorderansicht eines Matrixarraysubstrats einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung gemäß einer Abwandlung der ersten Ausführungsform nach Fig. 1,
Fig. 5 eine schematische, in vergrößertem Maßstab gehaltene Vorderansicht eines Matrixarraysubstrats einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung gemäß einer anderen Abwandlung der ersten Ausführungsform nach Fig. 1,
Fig. 6 eine schematische Vorderansicht eines Matrixarraysubstrats einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung gemäß einer weiteren Abwandlung der ersten Ausführungsform nach Fig. 1,
Fig. 7 eine schematische Vorderansicht eines bei einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung verwenden Matrixarraysubstrats,
Fig. 8 eine schematische Ansicht im Schnitt längs der Linie B-B' in Fig. 7,
Fig. 9A bis 9D Schnittansichten zur Veranschaulichung eines Verfahrens zur Herstellung der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Fig. 7,
Fig. 10 eine schematische Vorderansicht eines Matrixarraysubstrats einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung gemäß einer Abwandlung der zweiten Ausführungsform nach Fig. 7,
Fig. 11 eine graphische Darstellung der Abhängigkeit des optischen Ansprechens (response) einer Flüssigkristallzusammensetzung bzw. -masse vom Durchlaßloch-Mittenabstand,
Fig. 12 eine der Erläuterung der Arbeitsweise einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung dienliche Darstellung,
Fig. 13 eine der Erläuterung der Arbeitsweise einer anderen erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung dienliche Darstellung,
Fig. 14 eine schematische perspektivische Darstellung eines Gegenelektrodensubstrats einer erfindungsgemäßen Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung,
Fig. 15 eine schematische Schnittdarstellung einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung des Einfachmatrixtyps gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung und
Fig. 16 eine schematische Vorderansicht eines Matrixarraysubstrats einer Flüssigkristall- Anzeigevorrichtung gemäß noch einer anderen Abwandlung der Ausführungsform der Erfindung.
Im folgenden sind die Ausführungsformen der Erfindung anhand der beigefügten Zeichnungen im einzelnen erläutert.
Fig. 1 ist eine schematische Darstellung eines Matrixarraysubstrats 71 einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Fig. 2 ist ein Schnitt längs der Linie A-A' in Fig. 1.
Gemäß den Fig. 1 und 2 sind zahlreiche Signalleitungen 21 und zahlreiche von letzteren elektrisch isolierte Abtastlinien bzw. -leitungen 31 in Form einer Matrix auf einem transparenten Glassubstrat 11 vorgesehen. An jedem Schnittpunkt der Leitungen 21 und 31 ist je ein Dünnfilmtransistor 41 aus einem amorphen Silizium-(a-Si-)Film ausgebildet. Jede Signalleitung 21 ist über eine(n) Kanalbereich oder -zone 41a des Dünnfilmtransistors 41 mit einer Pixelelektrode 51 verbunden, die aus einem Abschattungsleiter oder Lichtabschirmleiter 53 mit Lichtdurchlaßlöchern 52 besteht. Gemäß Fig. 2 weist der Dünnfilmtransistor 41 einen Aufbau auf, bei dem eine von der Abtastleitung 31 abgehende Gateelektrode 31a mit einem Isolierfilm 35 beschichtet ist, der amorphe Silizium- (a-Si-)Film 41a auf dem Isolierfilm 35 geformt ist und eine Drainelektrode 21a sowie eine Sourceelektrode 51a von der Signalleitung 21 bzw. der Pixelelektrode 51 auf den amorphen Siliziumfilm 41a abgehen. Der Abschattungsleiter 53 besteht aus einem a-Si-Film, welcher den Durchtritt von Lichtstrahlen durch ihn verhindert oder die Lichtstrahlen dämpft, und er weist in einem Teilungs- oder Mittenabstand (P1) von 15 µm angeordnete quadratische Lichtdurchlaßlöcher 52 zur Ermöglichung des Durchtritts von Lichtstrahlen durch diese auf. Der Abschattungsleiter 53 ist somit so ausgebildet, daß eine Vielzahl von Streifenelektroden einer Breite von etwa 4 µm einander schneiden.
Auf dem Abschattungsleiter 53 ist ein Orientierungsfilm 61, der in einer vorbestimmten Richtung gerieben (rubbed) worden ist, vorgesehen; hierdurch ist das Matrixarraysubstrat 71 gebildet.
Auf einem transparenten Glassubstrat 111 sind eine gemeinsame bzw. Sammelelektrode 151 und ein Orientierungsfilm 161, die aus I.T.O.-Filmen bestehen, ausgebildet, so daß dadurch ein Gegenelektrodensubstrat 171 gebildet ist.
Eine Flüssigkristallzusammensetzung bzw. -masse 101 ist mit einem Abstand von 15 µm zwischen der Pixelelektrode 51 und der Sammelelektrode 151 der beschriebenen Ausbildung gehalten bzw. eingeschlossen; an den Außenflächen von Matrixarraysubstrat 71 und Gegenelektrodensubstrat 171 sind jeweils Polarisationsplatten 81 bzw. 181 vorgesehen, so daß dadurch die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 geformt ist. Wenn der Abstand des Haltens oder Festlegens der (Flüssigkristall-)Masse 101 5 - 10 µm beträgt, kann die Masse 101 im Loch 52 ein hohes (gutes) Ansprechverhalten aufweisen.
Im folgenden ist anhand der Fig. 3A bis 3D ein Verfahren zur Herstellung der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben. Zunächst wird gemäß Fig. 3A ein 3000 Å dicker Tantal-(Ta-)Film durch Aufsprühen auf dem transparenten Glassubstrat 11 erzeugt. Sodann werden die Abtastleitungen 31 und die damit verbundenen Gateelektroden 31a durch Photoätzen auf dem Substrat 11 geformt.
Hierauf wird gemäß Fig. 3B der SiOx-Isolierfilm 35 einer Dicke von 3500 Å auf dem so erhaltenen Gebilde erzeugt, worauf ein 2000 Å dicker und als Kanalzone 41a des Dünnfilmtransistors 41 dienender a-Si-Film nach der Plasma- CVD-Methode erzeugt und dann gemustert wird; hierdurch werden die Kanalzone 41a und die Pixelelektrode 51, bestehend aus dem Abschattungsleiter 53 und den darin ausgebildeten und mit einer Zeilen- oder Linienbreite von 4 µm und einem Mittenabstand (P1) von 15 µm angeordneten Lichtdurchlaßlöchern 52, geformt. Im Hinblick auf eine Verringerung des Widerstands der Elektrode wird der aus dem a-Si-Film bestehende Abschattungsleiter 53 vorzugsweise mit einer Dicke von mehr als 2000 Å geformt.
Anschließend wird gemäß Fig. 3C durch Aufsprühen ein Aluminium-(Al-)Film einer Dicke von 5000 Å erzeugt und (sodann) gemustert; hierdurch werden die die Signalleitung 21 mit der Kanalzone 41a des Dünnfilmtransistors 41 verbindende Drainelektrode 21a und die die Pixelelektrode 51 mit der Kanalzone 41a verbindende Sourceelektrode 51a ausgebildet.
Daraufhin wird gemäß Fig. 3D der Orientierungsfilm 61 auf dem so erhaltenen Gebilde vorgesehen und in einer vorbestimmten Richtung gerieben (rubbed), wodurch das Matrixarraysubstrat 71 geformt wird.
Der Abschattungsleiter 53 kann aus einem Metall, einer Legierung, einer amorphen Substanz oder einer polykristallinen Substanz bestehen. Von den Metallen werden insbesondere Aluminium (Al) und Tantal (Ta), die eine hohe Leitfähigkeit besitzen und sich leicht mustern lassen, bevorzugt; von amorphen (und) polykristallinen Substanzen werden amorphes Silizium (a-Si) und Polysilizium (p-Si), die einfach und gleichmäßig erzeugt werden können, bevorzugt.
Bei der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform besteht die Pixelelektrode 51 aus dem Abschattungsleiter 53, der aus einem a-Si-Film geformt ist und in einem vorbestimmten Mittenabstand angeordnete Lichtdurchlaßlöcher 53 aufweist, so daß die Menge an einem zu verwendenden seltenen Metall, (d.h.) Indium (In), verringert sein kann. Ferner weist die monochrome (bzw. Schwarzweiß-)Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 einen Lichtdurchlaßgrad von 17 % auf; dieser Wert entspricht im wesentlichen demjenigen, der bei Ausbildung der Pixelelektrode 51 durch einen I.T.O.-Film erreicht wird. Zusätzlich kann durch Verwendung des a-Si-Films als Leiter 53 dessen Widerstand zum Zeitpunkt der Lichtabstrahlung beträchtlich verringert sein, was bedeutet, daß der a-Si-Film als Elektrodenmaterial sehr vorteilhaft ist.
Weiterhin kann bei der Vorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform die Pixelelektrode 51 im gleichen Prozeß wie die Kanalzone 41a des Dünnfilmtransistors 41 erzeugt werden, so daß die Fertigungskosten im Vergleich zur Erzeugung der Pixelelektrode 51 in einem von der Kanalzone 41a verschiedenen Prozeß gesenkt sein können.
Obgleich ferner bei der ersten Ausführungsform die Richtung jedes Rands bzw. jeder Kante des Lichtdurchlaßloches 52 des Abschattungsleiters 53 nicht parallel zur Linie der Richtung, in welcher der Orientierungsfilm 61 gerieben wird, liegt, wird vorzugsweise ein Matrixarraysubstrat 72 mit Pixelelektroden 51 geformt, die Lichtdurchlaßlöcher 52 aufweisen, welche jeweils so angeordnet sind, daß zwei Kanten derselben in einer Richtung entsprechend der Reibrichtung des Orientierungsfilms 61 angeordnet sind bzw. verlaufen, wie dies in Fig. 4 gezeigt ist.
Bei Verwendung des so ausgestalteten Matrixarraysubstrats 72 in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ist die Zahl der Kanten der Löcher 52, die nicht parallel zur Linie der Reibrichtung liegen, verkleinert, so daß keine Orientierungsdefekte oder -fehler hervorgerufen werden und eine Anzeigevorrichtung mit einem hohen effektiven Kontrastverhältnis bereitgestellt wird.
Die Form des im Abschattungsleiter 53 ausgebildeten Lichtdurchlaßloches 52 ist nicht auf eine quadratische Form beschränkt, sondern kann gemäß Fig. 5 auch einer Sechseckform entsprechen. In diesem Fall treten ebenfalls keine Orientierungsdefekte auf, und es kann eine Anzeigevorrichtung mit einem hohen effektiven Kontrastverhältnis erhalten werden.
Obgleich bei der ersten Ausführungsform und den Abwandlungen jede Pixelelektrode 51 aus dem Abschattungsleiter 53 und den darin ausgebildeten Lichtdurchlaßlöchern besteht, kann weiterhin ein Matrixarraysubstrat 73 hergestellt werden, das gemäß Fig. 6 Pixelelektroden 51, jeweils bestehend aus einem Abschattungsleiter 53 und darin geformten Lichtdurchlaßschlitzen 54, verwendet bzw. aufweist.
In diesem Fall sind oder werden zahlreiche Schlitze 54 im Abschattungsleiter 53 aus einem a-Si-Film in der Reibrichtung mit einem Schlitzmittenabstand (P2) von 15 µm ausgebildet, und die Pixelelektroden 51 sind elektrisch mit der Sourceelektrode 51a verbunden. Die Linien- oder Zeilenbreite (line width) des Abschattungsleiters 53 beträgt 4 µm.
Bei einer solchen, das Matrixarraysubstrat 73 verwendenden Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung kann eine durch den Abschattungsleiter 53 hindurch freiliegende oder sichtbare (appearing) Flüssigkristallmasse ein gutes Ansprechverhalten durch den Abschattungsleiter 53 hindurch aufweisen und eine Anzeigevorrichtung liefern, die derjenigen nach der oben beschriebenen Ausführungsform überlegen ist.
In diesem Fall kann auch das Verhältnis der offenen Flächen der Pixelelektrode 51 zu den abgeschatteten (shaded) Flächen derselben von 17 % auf 25 % verbessert sein, und zwar im Vergleich zum Fall des Anordnens des Lichtdurchlaßloches 52 im a-Si-Abschattungsleiter 3 (bzw. 53) in Form einer Matrix.
Bei der ersten Ausführungsform und der (ihrer) Abwandlung ist der Abschattungsleiter 53 aus einem a-Si-Film geformt, wodurch ein insgesamt rötliches Anzeigebild entstehen kann, weil der a-Si-Film die Eigenschaft besitzt, rotes Licht durchzulassen. Ein gutes Anzeigebild kann jedoch durch Einstellung der Wellenlängen der Lichtquelle oder durch Sperren des roten Lichts mittels eines Filters o.dgl. erzielt werden.
Der Abschattungsleiter 53 kann aus einem anderen Material als dem a-Si-Film bestehen. Beispielsweise kann er materialeinheitlich mit der Sourceelektrode 51a des Dünnfilmtransistors 41 geformt werden. Dadurch kann die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung ohne Vergrößerung der Zahl der Fertigungsschritte hergestellt werden.
Nachstehend ist eine Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 3 gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung anhand der Fig. 7 bis 9D erläutert. In diesen Figuren sind die den Elementen der ersten Ausführungsform entsprechenden Elemente mit entsprechenden (jeweils den gleichen) Bezugsziffern bezeichnet.
Fig. 7 veranschaulicht schematisch ein in der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 3 verwendetes Matrixarraysubstrat 74; Fig. 8 ist eine schematische Ansicht im Schnitt längs der Linie B-B' in Fig. 7.
Zahlreiche Signalleitungen 21 und Abtastleitungen 31 sind in einer Matrixform auf einem transparenten Glassubstrat 11 angeordnet. An jedem Schnittpunkt der Leitungen 21 und 31 ist jeweils ein Dünnfilmtransistor 41 mit der gleichen Ausgestaltung, wie sie in Fig. 2 gezeigt ist, erzeugt. Jede Signalleitung 21 ist über den Dünnfilmtransistor 41 mit einer Pixelelektrode 51 verbunden, die gemäß Fig. 8 aus einem transparenten Widerstand 55, der aus einem Tantaloxidfilm geformt ist, einem aus Aluminium (Al) geformten und auf dem Widerstand 55 erzeugten Abschattungsleiter 53 sowie einer Vielzahl von im wesentlichen quadratischen, im Leiter 53 ausgebildeten Lichtdurchlaßlöchern 52 besteht. Die Löcher 52 sind mit einem Lochmittenabstand von 20 µm und einer Linienbreite von 5 µm so angeordnet, daß die beiden Kanten jedes Loches 52 parallel zur Linie der Reibrichtung des Orientierungsfilms 51 liegen.
Auf dem transparenten Glassubstrat 11 sind eine gemeinsame bzw. Sammelelektrode 151 und ein Orientierungsfilm 161, die jeweils durch I.T.O.-Filme gebildet sind, vorgesehen; hierdurch wird oder ist ein Gegenelektrodensubstrat 171 gebildet.
Eine Flüssigkristallmasse 101 ist zwischen der Pixelelektrode 51 und der Sammelelektrode 151 mit einem Abstand (pitch) von 10 µm gehalten bzw. eingeschlossen; an den Außenflächen von Matrixarraysubstrat 74 und Gegenelektrodensubstrat 171 sind Polarisationsplatten 81 bzw. 181 angeordnet, wodurch die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 3 gebildet ist.
Ein Verfahren zur Herstellung der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 3 nach den Fig. 7 und 8 ist nachstehend kurz erläutert. Gemäß Fig. 9A wird ein 3000 Å dicker Tantal-(Ta-)Film durch Aufsprühen auf dem Glassubstrat 11 erzeugt, wodurch die Abtastleitungen 31 und die mit den Elektroden (vermutlich: Abtastleitungen) 31 verbundenen Gateelektroden 31a durch Photoätzen geformt werden.
Hierauf wird gemäß Fig. 9B der 3500 Å dicke SiOx-Isolierfilm 35 auf dem so erhaltenen Gebilde erzeugt, worauf ein 2000 Å dicker und als Kanalbereich bzw. -zone 41a des Dünnfilmtransistors 41 zu benutzender a-Si-Film nach der Plasma-CVD-Methode erzeugt und dann gemustert wird, wodurch die Kanalzone 41a ausgebildet wird.
Gemäß Fig. 9C wird zur Ausbildung der Pixelelektrode 51 ein 1000 Å dicker Tantaloxidfilm durch Aufsprühen auf dem so erhaltenen Gebilde erzeugt; dieser Film wird hierauf gemustert, um einen Streifen des transparenten Widerstands 55 zu bilden. Sodann wird ein 5000 Å dicker Al- Film durch Aufsprühen erzeugt und sodann gemustert, wodurch die die Signalleitung 21 mit dem Dünnfilmtransistor 41 verbindende Drainelektrode 21a geformt und der die Lichtdurchlaßlöcher 52 aufweisende Abschattungsleiter 53 materialeinheitlich in einem Stück mit der an den Transistor 41 angeschlossenen Sourceelektrode 51a ausgebildet werden.
Danach wird der Orientierungsfilm 61 auf dem bis dahin erhaltenen Gebilde vorgesehen und hierauf in einer Richtung praktisch parallel zu den beiden Kanten jedes Lichtdurchlaßloches 52 gerieben, so daß damit das Matrixarraysubstrat 74 hergestellt wird (diese Schritte sind in den Fig. 9A bis 9D nicht dargestellt).
Die bei der Vorrichtung eingesetzte Menge an Indium (In) als seltenes Metall kann beträchtlich verringert sein, weil die oben beschriebene Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 3 die Pixelelektrode mit einer laminierten oder Schicht-Struktur, bestehend aus dem transparenten Widerstand 55 aus einem Tantaloxidfilm sowie dem aus einem Aluminium-(Al-)Film bestehenden und die Lichtdurchlaßlöcher 52 aufweisenden Abschattungsleiter 53, verwendet.
Obgleich die Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung 1 gemäß der ersten Ausführungsform eine optische Durchlässigkeit (oder Transmission) von 17 % aufwies, besaß ferner die Anzeigevorrichtung 3 gemäß der zweiten Ausführungsform eine hohe optische Durchlässigkeit von 25 %, weil der Lochmittenabstand der Vorrichtung 3 mit 20 µm größer war als der von 15 µm bei der Vorrichtung 1.
Obgleich bei der zweiten Ausführungsform der Abschattungsleiter 53 aus einem Aluminiumfilm mit einer Vielzahl von darin geformten Lichtdurchlaßlöchern 52 besteht, kann er gemäß Fig. 10 auch aus einem Aluminiumfilm mit einer Vielzahl von Lichtdurchlaßschlitzen 54 bestehen.
Mit dieser Ausgestaltung kann das Öffnungsverhältnis jeder Elektrode weiter vergrößert und damit die Lichtdurchlässigkeit von 25 % auf 33 % verbessert sein. Durch Reiben des Orientierungsfilms 61 in einer Richtung parallel zu den Lichtdurchlaßschlitzen 54 kann das Auftreten eines Orientierungsdefekts vermieden werden, so daß überlegende Anzeige- bzw. Wiedergabeeigenschaften gewährleistet werden können.
Obgleich bei der zweiten Ausführungsform der Abschattungsleiter 53 aus einem Aluminiumfilm besteht, kann er auch, wie bei der ersten Ausführungsform, aus einem a-Si- Film bestehen.
Obgleich zudem bei der zweiten Ausführungsform der transparente Widerstand 55 aus einem Tantaloxidfilm besteht, kann er aus einem beliebigen von Metalloxiden verschiedener Lichtdurchlässigkeiten bestehen, z.B. aus Zink-, Molybdän- oder Wolframoxid. Zur Erzielung einer zufriedenstellenden Wirkung wird bevorzugt ein Volumenwiderstand von 10 - 10&sup6; Ω cm angewandt bzw. vorgesehen.
Obgleich weiterhin bei der zweiten Ausführungsform die Pixelelektrode 51 aus dem transparenten Widerstand 55 und dem auf dessen Oberseite auflaminierten Abschattungsleiter 53 besteht, kann der Widerstand 55 auf die Oberseite des Abschattungsleiters 53 auflaminiert sein. Im letzteren Fall können die Unebenheit der Oberfläche der Pixelelektrode 51 verringert und das Auftreten eines Defekts oder Fehlers in der Orientierung des Orientierungsfilms 61 minimiert sein.
Wie oben angegeben, ist bei der erfindungsgemäßen Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung die Pixelelektrode 51 durch einen Abschattungsleiter mit Lichtdurchlaßlöchern oder -schlitzen geformt. Diese Löcher oder Schlitze verleihen der durch den Abschattungsleiter gebildeten Elektrode eine zufriedenstellende Lichtdurchlässigkeit. Es konnte belegt werden, daß eine durch die Lichtdurchlaßlöcher oder -schlitze freiliegende bzw. sichtbare (appearing) Flüssigkristallzusammensetzung bzw. -masse ein ausreichendes optisches Ansprechverhalten (response) zeigen kann.
Der Grund, weshalb die in den Lichtdurchlaßlöchern oder -schlitzen freiliegende (appearing) Flüssigkristallmasse ein ausreichendes optisches Ansprechverhalten zeigt, ist nicht genau verständlich (bzw. nicht voll geklärt). Es wird jedoch angenommen, daß diese Erscheinung durch elektrische Kraftlinien und aufgespeicherte elektrische Ladung hervorgerufen wird.
Fig. 11 ist eine graphische Darstellung, in welcher ein Lochmittenabstand auf der Abszisse und das Verhältnis des optischen Ansprechverhaltens (optical response) des Teils einer Flüssigkristallmasse, welcher einen Isolierbereich eines quadratischen Lichtdurchlaßloches kontaktiert, auf der Ordinate aufgetragen sind. In Fig. 11 steht eine Kurve (a) für die Beziehung zwischen den Lochmittenabstand und dem Verhältnis des optischen Ansprechverhaltens, wenn die Vorrichtung mit einer Ansprechgeschwindigkeit von 50 ms angesteuert wird; die Kurven (b) und (c) stehen für die Ansteuerung der Vorrichtung mit einer Ansprechgeschwindigkeit von 100 ms bzw. mit einer solchen von 200 ms.
Der Mittenabstand der Lichtdurchlaßlöcher oder -schlitze gibt den Abstand zwischen Punkten entsprechend den Schwerkraftzentren jedes benachbarten Paars von Lichtdurchlaßlöchern oder -schlitzen an.
Wie aus Fig. 11 hervorgeht, beträgt insbesondere bei einem Lochmittenabstand von 15 µm oder weniger das optische Ansprechverhalten der Flüssigkristallmasse mehr als 60 %, auch wenn die Vorrichtung mit einer hohen Ansprechgeschwindigkeit von 50 ms angesteuert wird.
Im Hinblick darauf wird tatsächlich bevorzugt, den Loch- oder Schlitzmittenabstand auf 5 - 40 µm und vorzugsweise auf 5 - 15 µm einzustellen. Wenn der Mittenabstand kleiner ist als 5 µm, verringert sich die Genauigkeit, mit welcher der Abschattungsleiter gemustert wird (bzw. werden kann); dabei kann ein Bruch in der Verdrahtung oder ein Defekt in den Löchern oder Schlitzen auftreten. Wenn dagegen der Mittenabstand mehr als 40 µm beträgt, nimmt das Verhältnis des optischen Ansprechverhaltens der Flüssigkristallmasse ab, so daß die Erzielung guter Anzeige- bzw. Wiedergabebilder unmöglich wird.
Die Linienbreite (line width) zwischen jedem Paar der Lichtdurchlaßlöcher oder -schlitze wird vorzugsweise so eingestellt, daß das Öffnungsverhältnis jeder Elektrode maximiert ist. Das Verhältnis kann ohne weiteres mehr als 60 % betragen, wenn die Linienbreite zwischen den Schlitzen auf 5 µm oder weniger eingestellt ist bzw. wird.
Bezüglich der Lage des Lichtdurchlaßloches oder -schlitzes wird dieses bzw. dieser vorzugsweise so angeordnet, daß mindestens zwei Ränder oder Kanten des Lochs praktisch parallel zur Linie der Reibrichtung liegen oder der Schlitz praktisch parallel zur Linie der Reibrichtung verläuft. Durch diese Anordnung kann die Zahl derjenigen Kanten des Abschattungsleiters, welche die Linie der Reibrichtung unter einem Winkel schneiden bzw. kreuzen, verkleinert sein, so daß keine Orientierungsdefekte auftreten.
Die obengenannte Wirkung der zweckmäßigen Lage (d.h. Ausrichtung) des Loches oder Schlitzes ist nachstehend anhand der Fig. 12 und 13 näher erläutert. Wenn jede Pixelelektrode auf dem Matrixarraysubstrat einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung aus einem Abschattungsleiter 601 mit quadratischen Lichtdurchlaßlöchern 611 in einer solchen Anordnung, daß eine Diagonale jedes Loches parallel zur Linie der Reibrichtung liegt, wie in Fig. 13 gezeigt, besteht, tritt ein Orientierungsdefekt in dem Abschnitt oder Bereich 621 in der Nähe des Umrisses des Abschattungsleiters 601 auf, welcher unter einem Winkel zur Linie der Reibrichtung angeordnet ist. Dies scheint darauf zu beruhen, daß die Dicke des Orientierungsfilms in einem Bereich, in welchem der Abschattungsleiter 601 vorhanden ist, von seiner Dicke in einem Bereich abweicht, in welchem kein Abschattungsleiter vorliegt, so daß in dem Bereich 621 in der Nähe des Umrisses des Abschattungsleiters 601 keine zufriedenstellende Reibbehandlung am Orientierungsfilm durchgeführt werden kann.
Wenn andererseits gemäß Fig. 12 ein Abschattungsleiter 701 mit Lichtdurchlaßlöchern 711 so ausgebildet ist, daß mindestens zwei Kanten jedes Loches 711 praktisch parallel zur Linie der Reibrichtung liegen, kann der unter einem Winkel zur Linie der Reibrichtung liegende Abschnitt oder Bereich 721 in der Nähe des Umrisses der Leiter 701 minimiert sein, wodurch der Orientierungsdefekt minimiert wird.
Obgleich bei den oben beschriebenen Ausführungsformen und Abwandlungen jede Pixelelektrode in der Aktivmatrixtyp- Flüssigkristallvorrichtung durch einen Abschattungsleiter mit Lichtdurchlaßlöchern oder -schlitzen geformt ist, kann die den Pixelelektroden gegenüberliegende Sammelelektrode durch den Abschattungsleiter mit Lichtdurchlaßlöchern oder -schlitzen ausgebildet sein.
Beispielsweise zeigt Fig. 14 in schematischer perspektivischer Darstellung das Gegenelektrodensubstrat.
Eine aus Cr bestehende Sammelelektrode 161 weist auf die Pixelelektroden ausgerichtete Bereiche mit quadratischen Lichtdurchlaßlöchern 162 auf, welche auf die gleiche Weise wie bei den beschriebenen Ausführungsformen angeordnet sind. Bei dieser Sammelelektrode 161 kann ein Bereich zwischen zwei Gruppen der Lichtdurchlaßlöcher eindeutig oder zwangsläufig als Schwarzmatrix benutzt werden, weil er nicht transparent ist. Demzufolge kann ohne spezielle Schwarzmatrix die Aus- oder Aufstrahlung unerwünschten Lichts auf die Dünnfilmtransistoren verhindert werden, so daß ein gutes Anzeigebild erhalten wird.
Wenn ferner die Sammelelektrode durch einen Abschattungsleiter geformt ist, kann auf letzteren Licht reflektiert werden, wodurch eine unerwünschte Lichtaufstrahlung auf die Dünnfilmtransistoren hervorgerufen wird. Um dies zu vermeiden, kann der Abschattungsleiter geschwärzt werden; im Fall einer Farbanzeige kann andererseits ein Farbfilter an der Sammelelektrode vorgesehen werden.
Obgleich die Erfindung gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen und Abwandlungen auf Aktivmatrixtyp-Flüssigkristallvorrichtungen angewandt ist, ist sie auch auf eine Einfachmatrixtyp-Flüssigkristallvorrichtung der in Fig. 15 gezeigten Art anwendbar, bei welcher auf einem Glassubstrat 11 Streifenelektroden 220 geformt sind, die im wesentlichen parallel zueinander in der Y-Richtung von X-Y-Koordinaten verlaufen, und auf einem Glassubstrat 111 Streifenelektroden 222 ausgebildet sind, die im wesentlichen parallel zueinander in der X-Richtung verlaufen. Dabei kann mit einer Struktur, bei welcher mindestens eine Streifenelektrode 220 oder 222 durch einen Streifenleiter mit Lichtdurchlaßlöchern 52 oder -schlitzen 54 geformt ist, die Menge des in der Vorrichtung verwendeten seltenen Metalls Indium (In) verringert sein, ohne den Lichtdurchlaßgrad herabzusetzen. Vorzugsweise sind unter Berücksichtigung der Widerstände der Elektroden die Lichtdurchlaßlöcher oder -schlitze nur in einem Bereich vorgesehen, in welchem zwei Streifenelektroden unter Bildung von Anzeigepixeln (einander) überlappt sind. Das gleiche gilt für eine in einer Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung des Aktivmatrixtyps vorgesehene Sammelelektrode.
In Fig. 15 sind die den anderen Figuren entsprechenden Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie dort bezeichnet und nicht mehr näher erläutert.
Bei der Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung gemäß Fig. 15 kann mindestens eine der Elektroden 220 und 222 durch einen Abschattungsleiter mit Lichtdurchlaßlöchern oder -schlitzen und ein auf den Leiter auflaminiertes, einen höheren Widerstandswert als der Leiter besitzendes transparentes Widerstandselement geformt sein. Aufgrund dieser laminierten oder Schicht-Struktur kann die Größe des Loches oder Schlitzes auf bis zu etwa 40 µm eingestellt sein. Folglich kann das Öffnungsverhältnis jeder Elektrode ohne Herabsetzung der Ansprechgeschwindigkeit der Vorrichtung weiter vergrößert sein.
Die oben beschriebene Aktiv- oder Einfachmatrixtyp-Flüssigkristallvorrichtung weist regelmäßig mit einem vorbestimmten Mittenabstand angeordnete Lichtdurchlaßlöcher oder -schlitze auf. Diese Vorrichtung kann jedoch so abgewandelt werden, daß die Schlitze gemäß Fig. 16 in mehr als einer Richtung verlaufen. Aufgrund dieser Anordnung der Schlitze wird die Flüssigkristallmasse auf der Pixelelektrode in verschiedenen Richtungen orientiert, wodurch unterschiedliche Wirkungsweise (operations) der Masse herbeigeführt werden. Die(se) Abwandlung gewährleistet mithin eine Verbesserung im Sehfeld.
Wie vorstehend im einzelnen erläutert, verwendet die erfindungsgemäße Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung eine geringe Menge des seltenen Metalls Indium (In), und sie weist eine(n) hohe(n) Lichtdurchlässigkeit oder -durchlaßgrad auf.

Claims

1. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung mit:

- einem ersten Substrat (11),

- einer ersten Elektrodenstruktur (51, 220), die auf einer Seite des ersten Substrates (11) ausgebildet ist,

- einem zweiten Substrat (111), das dem ersten Substrat (11) gegenüber gelegen ist, wobei ein Spalt dazwischen liegt,

- einer zweiten Elektrodenstruktur (151, 222), ausgebildet auf der Seite des zweiten Substrates, welche der ersten Elektrodenstruktur (51, 220) gegenüberliegt,

- einer Flüssigkristallzusammensetzung (101), die in den Spalt zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat (11, 111) gefüllt ist, und

- einem Array von Bildelementen, die mit der Flüssigkristallzusammensetzung (101) festgelegt sind, indem Anzeigebereiche der ersten Elektrodenstruktur (51, 220) und der zweiten Elektrodenstruktur (151, 222) einander überlappen, um jeweils die Durchlässigkeit von Lichtstrahlen zu steuern, dadurch gekennzeichnet, daß:

- die erste Elektrodenstruktur (51, 220) eine erste Elektrodenschicht aufweist, die aus einem leitenden Material hergestellt ist, das dort den Durchtritt von Lichtstrahlen verhindert, wobei diese Schicht an den Bereichen entsprechend den Bildelementen eine Öffnungsstruktur mit einer Vielzahl von Öffnungen (52, 162) aufweist, um dort die Lichtstrahlen durchlaufen zu lassen.

2. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrodenstruktur (220) eine Vielzahl von Elektroden aufweist, die auf dem ersten Substrat (11) im wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind.

3. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrodenstruktur (51) ein Array von Pixelelektroden auf dem ersten Substrat (11) aufweist.

4. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Elektrodenstruktur (51) eine transparente leitende Schicht (55) eines Widerstandes hat, der höher als derjenige der ersten Elektrodenschicht ist.

5. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch weiterhin einen ersten auf der ersten Elektrodenstruktur (51, 220) ausgebildeten Orientierungsfilm (61), gerieben in einer ersten Richtung, einen zweiten, auf der zweiten Elektrodenstruktur (151, 222) ausgebildeten Orientierungsfilm (161), gerieben in einer zweiten Richtung, wobei jede der in der ersten Elektrodenstruktur (51, 220) ausgebildeten Öffnungen (52, 152) zwei Ränder hat, die im wesentlichen parallel zu der Linie der ersten Richtung sind.

6. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Öffnungen (52, 162) in einer vorbestimmten Richtung schlitzartig erstrecken.

7. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (52, 162) regelmäßig mit einer vorbestimmten Richtungsteilung angeordnet sind.

8. Flüssigkristall-Anzeigevorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch weiterhin:

Schaltelemente (41), die in dem Array angeordnet und auf dem ersten Substrat (11) gebildet sind, wobei jedes Schaltelement (41) eine Gateelektrode (31a), eine auf der Gateelektrode (31a) ausgebildete Isolierschicht (35), eine auf der Isolierschicht (35) ausgebildete Halbleiterschicht (41a) und eine Sourceelektrode (51a) aufweist und jedes Schaltelement mit einer entsprechenden ersten Elektrode und einer Drainelektrode (21a) verbunden ist,

eine Vielzahl von Abtastlinien (31), die auf dem ersten Substrat (11) im wesentlichen parallel zueinander angeordnet und mit den entsprechenden Gateelektroden (31a) der Schaltelemente (41) verbunden sind, und

eine Vielzahl von Signalleitungen (21), die auf dem ersten Substrat (11) im wesentlichen parallel zueinander angeordnet, elektrisch von den Abtastlinien (31) und den Gateelektroden (31a) der Schaltelemente (41) isoliert und mit den entsprechenden Drainelektroden (21a) der Schaltelemente (41) verbunden sind, wobei:

die zweite Elektrodenstruktur (151) eine gemeinsame Elektrode entsprechend der Vielzahl von ersten Elektroden aufweist, um die Vielzahl von Pixelelementen zu bilden, die in einem Array angeordnet sind, das jeweils Lichtstrahlen steuert.

9. Verfahren zum Herstellen einer Aktivmatrixtyp-Flüssigkristallanzeigevorrichtung mit einer Vielzahl von Bildelementen, die in einem Array angeordnet sind, um jeweils den Durchgang von Lichtstrahlen zu steuern, mit:

dem Schritt des Bildens einer ersten Flüssigkristallsubstratstruktur, wobei der Schritt aufweist:

den Schritt des Bildens einer Vielzahl von Abtastlinien (31) und Gateelektroden (31a) der Schaltelemente (41),

den Schritt des Beschichtens der Gateelektroden (31a) mit einem Isolierfilm (35) auf einer Oberflächenseite eines ersten Substrates (11),

den Schritt des Bildens einer Halbleiterschicht (41a) auf dem ersten Isolierfilm (35) und des Musterns der Halbleiterschicht (41a), um Halbleiterelemente (41a) der Schaltelemente (41) auf Schaltbereichen des Isolierfilmes (35) zu bilden,

den Schritt des Bildens von Pixelelektroden auf Pixelbereichen von der Oberflächenseite des ersten Substrates (11),

den Schritt des Bildens von Source- und Drainelektroden (21a, 51a) und Signalleitungen (21) auf dem Isolierfilm (35), wobei die Drainelektroden (21a) elektrisch mit der entsprechenden Signalleitung (21) verbunden sind und jede der Drainelektroden (51a) mit den entsprechenden Pixelelektroden (51) verbunden ist, und

den Schritt des Beschichtens der Pixelelektroden (51) mit einem Orientierungsfilm (61),

dadurch gekennzeichnet, daß jede der Pixelelektroden (51) aus einem leitenden Material hergestellt ist, das verhindert, daß Lichtstrahlen dort durchgehen, und eine Vielzahl von Öffnungen aufweist, um dort Lichtstrahlen durchlaufen zu lassen.

10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Pixelelektroden (51) aus der Halbleiterschicht (41a) hergestellt sind, und daß der Schritt des Bildens der Halbleiterschicht (41a) und der Schritt des Bildens der Pixelelektroden (51) der gleiche Schritt sind.

11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Pixelelektroden (51) aus dem gleichen Material der Source- und Drainelektroden (21a, 51a) hergestellt sind, und daß der Schritt des Bildens der Pixelelektroden (51) und der Schritt des Bildens der Source- und Drainelektroden (21a, 51a) der gleiche Schritt sind.

12. Verfahren nach Anspruch 9 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Beschichtens des Orientierungsfilmes (61) den Schritt des Reibens des Orientierungsfilmes (61) in einer Richtung parallel zu einem besonderen Rand von jeder der Öffnungen (52) aufweist.