JP2006209062A - Ｏｃｂモード液晶層を備えた液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 消費電力を増加することなく、充分なバンド転移を誘導できる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】
本発明の液晶表示装置は、画素電極を有する下部基板を備える。前記下部基板上に上部基板が位置する。前記上部基板は、前記下部基板に対向する対向面上に形成される対向電極を有する。前記下部基板と前記上部基板との間には、軟性高分子を含む高分子スペーサが位置する。前記下部基板と前記上部基板との間にＯＣＢ液晶層が位置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、液晶表示装置、特にＯＣＢモード液晶層を備えた液晶表示装置に関する。

一般的に、液晶表示装置は、 画素電極と対向電極との間に液晶を注入し、前記画素電極と前記対向電極との間に電界を形成することで、液晶の配列を変更させる。そして、液晶の配列を変更することにより、光の透過率が調節されて画像が形成される。

かかる液晶表示装置の一例として、応答速度が速く、且つ、視野角特性が優れたＯＣＢ（Optically Compensated Bend）モードの液晶表示装置が挙げられる。このようなＯＣＢモード液晶表示装置は、画素電極、下部配向膜、対向電極、上部配向膜、及び誘電率異方性（dielectric constant anisotropy;Δε）が正のネマチック液晶を有する液晶層を備える。前記下部配向膜及び前記上部配向膜は、同じ方向にラビング（rubbing）され、前記液晶は、スプレイ（splay）配列を有する。

このようなＯＣＢモード液晶表示装置に画像を形成するためには、まず、前記画素電極と前記対向電極との間に高電界を形成する。前記高電界は、前記液晶層の中央に位置した液晶の傾斜角を９０゜とし、液晶がベンド（bend）配列されるようにする。これをベンド転移（bend transition）と言う。次いで、前記画素電極と前記対向電極との間に所定の電圧を印加することで、前記配向膜に隣接した液晶と前記中央に位置した液晶を除いて残りの液晶の傾斜角変化を誘導する。これにより、前記液晶層を通る光の偏光を変調して、画像を形成する。

かかる液晶表示装置が多数の画素を備える場合、鮮明な画質を具現するためには、前記多数の画素に位置する液晶のほとんど大部分は、ベンド転移されなければならない。しかしながら、液晶のほとんど大部分をベンド転移させるためには、相当な時間を必要とし、しかも、一部にベンド転移されていない画素が存在することがある。これを解決するために、ベンド転移させるために印加する電圧を増加させているが、消費電力の増加をもたらすことという問題があった。

本発明は、前述のような従来技術の問題点を解決するためになされたもので、その目的は、消費電力を増加することなく、充分なバンド転移を誘導できる液晶表示装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の一態様に係る液晶表示装置は、画素電極を有する下部基板と；前記下部基板の上部に位置し、前記下部基板に対向する対向面上に形成される対向電極を有する上部基板と；前記下部基板と前記上部基板との間に位置し、軟性高分子を含む高分子スペーサと、前記下部基板と前記上部基板との間に位置するＯＣＢ液晶層と；を備えることを特徴とする。

また、本発明の他の態様に係る液晶表示装置は、画素電極を有する下部基板と；前記下部基板の上部に位置し、前記下部基板に対向する対向面上に形成される対向電極を有する上部基板と；前記下部基板と前記上部基板との間に位置し、少なくとも横軸方向の内周に縦軸方向に配列された高分子鎖を含む高分子スペーサと；前記下部基板と前記上部基板との間に位置するＯＣＢ液晶層と；を備えることを特徴とする。

また、本発明のさらに他の態様に係る液晶表示装置の製造方法は、下部基板上に画素電極を形成する段階と；上部基板上に対向電極を形成する段階と；前記上部基板または前記下部基板上に、軟性高分子を含む高分子スペーサを配置する段階と；前記上部基板と前記下部基板とを、前記対向電極と前記画素電極とが対向するように接着する段階と；前記上部基板と前記下部基板との間に液晶を注入し、ＯＣＢモード液晶層を形成する段階と；を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ＯＣＢモード液晶表示装置においてベンド転移時間をさらに短縮できるだけでなく、充分なバンド転移を誘導できる。

以下、添付の図面を参照して、本発明の好適な実施例を詳細に説明する。下記の実施例は、当業者に本発明の思想が十分に伝達され得るようにするために一例として提示されるものである。したがって、本発明は、下記の実施例に限らず、様々な変形が可能である。なお、図面において、層が他の層上に又は基板上に位置すると記述されている場合、他の層上に又は基板上に直接に形成されることができ、又はそれらの間に第３の層が介在されることもできる。本明細書において、同一の参照番号は、同一の構成要素を示す。

図１は、本発明の一実施例に係る液晶表示装置を示す断面図であって、液晶表示装置の画素領域を示している。

図１を参照すれば、下部基板１００の単位画素領域毎にゲート電極１０５が位置する。前記ゲート電極１０５を含む基板の全面に、ゲート絶縁膜１１０が位置する。前記ゲート絶縁膜１１０上に、前記ゲート電極１０５を横切る半導体層１２０が位置する。前記半導体層１２０の両端部上に抵抗性接触層（ohmic contact layer）１２３が位置する。前記抵抗性接触層１２３上にソース電極１２５及びドレイン電極１２６が位置する。前記ゲート電極１０５、前記半導体層１２０、前記抵抗性接触層１２３、前記ソース電極１２５、及びドレイン電極１２６は、薄膜トランジスタを形成する。

前記薄膜トランジスタ上には、この薄膜トランジスタを覆い、且つ前記ドレイン電極１２６を露出させるビアホールを有する層間絶縁膜１３０が位置する。前記層間絶縁膜１３０上に、前記ビアホール内に露出したドレイン電極１２６に接続される画素電極１５０が位置する。前記画素電極１５０は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜またはＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）膜により形成することができる。前記画素電極１５０上に、前記画素電極１５０を含む基板の全面を覆う下部配向膜１７０が位置する。前記下部配向膜１７０は、無機膜または有機膜により形成することができる。好ましくは、前記下部配向膜１７０は、ポリイミド系有機膜である。前記下部配向膜１７０は、一方向に水平配向処理（parallel alignment）、または所定の傾斜角を有するように傾斜配向処理（tilt alignment）された配向膜とすることができる。

前記下部基板１００の上部に、前記下部基板１００に対向する対向面を有する上部基板５００が提供される。前記上部基板５００の一部領域に遮光膜パターン５１０が位置する。前記遮光膜パターン５１０は、前記薄膜トランジスタが位置する領域に対応して位置し、前記画素電極１５０が位置する領域に対応する領域を露出させる。前記遮光膜パターン５１０により露出した領域上にカラーフィルタ５３５が位置することができる。前記カラーフィルタ５３５は、単位画素領域毎に赤色、緑色及び青色のカラーフィルタに区分して位置されている。

前記遮光膜パターン５１０及び前記カラーフィルタ５３５上に、前記遮光膜パターン５１０及び前記カラーフィルタ５３５を覆う対向電極５５０が位置する。前記対向電極５５０は、ＩＴＯ膜またはＩＺＯ膜により形成することができる。前記対向電極５５０上に上部配向膜５７０が位置する。前記上部配向膜５７０は、無機膜または有機膜により形成することができる。好ましくは、前記上部配向膜５７０は、ポリイミド系有機膜である。また、前記上部配向膜５７０は、前記下部配向膜１７０の配向処理方向と同じ方向に水平配向処理、または所定の傾斜角を有するように傾斜配向処理された配向膜である。

前記下部配向膜１７０と前記上部配向膜５７０との間、つまり前記下部基板１００と前記上部基板５００との間に高分子スペーサ４１０及びＯＣＢモード液晶層が位置する。前記ＯＣＢモード液晶層は、誘電率異方性が正のネマチック液晶を含むものであっても良い。

前記高分子スペーサ４１０の横軸方向の内周に位置する高分子鎖４１０ａは、縦軸方向に配列される。前記縦軸方向に配列された高分子鎖４１０ａは、その周辺に位置する液晶分子３００ａに配向規制力（anchoring energy）を加える。その結果、前記液晶分子３００ａの傾斜角を９０゜に近くする。しかしながら、前記高分子スペーサ４１０から離間している液晶分子３００ｂは、スプレイ相に残っている。

前記高分子スペーサ４１０は、軟性高分子を含むことが好ましい。その結果、前記高分子スペーサ４１０は、形態変形が容易になり、このような形態変形により、前記高分子スペーサ４１０の横軸方向の内周に位置する高分子鎖４１０ａを縦軸方向に一層容易に配列させることができる。それゆえに、前記軟性高分子は、線形高分子であることが好ましい。

また、前記高分子スペーサ４１０は、上下部基板１００、５００の接着過程で発生する圧力により、横軸方向（horizontal axis direction）の長さＬ_Ｈが縦軸方向（vertical axis direction）の長さＬ_Ｖに比べて長くなることが好ましい。これにより、前記横軸方向の内周で高分子の延伸が十分に生じさせることができ、その結果、前記横軸方向の内周に縦軸方向に再配列された鎖の比率を高めることができる。なお、前記線形高分子は、表面エネルギーの高いポリアルキレン（poly alkylene）、ポリアルキレンオキシド（poly alkylene oxide）、ポリエステル（poly ester）及びポリアクリレート（poly acrylate）よりなる群から選ばれる少なくとも１つの高分子を含むものであっても良い。これにより、前記線形高分子は、前記液晶分子間に対して大きい配向規制力を加えることができる。

前記高分子は、前記液晶分子に対する配向規制力（anchoring energy）を強化するために、カルボニル（carbonyl）基、スルホニル（sulfonyl）基、エーテル（ether）基、エステル（ester）基、アミド（amide）基及びハロゲン基よりなる群から選ばれる少なくとも１つの作用基を含むことが好ましい。

前記高分子スペーサ４１０は、前記下部基板１００と前記上部基板５００との間に均一に位置することが好ましい。これにより、傾斜角が９０゜に近い液晶分子３００ａを基板全体に均一に配置させることができる。

前記下部基板１００と前記上部基板５００との間に無変形スペーサ４３０を更に設けても良い。前記無変形スペーサ４３０は、前記上下部基板１００、５００の接着過程で発生する圧力による形態の変化が前記高分子スペーサ４１０に比べて低いもの、または 形態の変化がほとんどないものである。したがって、前記無変形スペーサ４３０により、前記上部基板５００と前記下部基板１００との間の間隔を一定に維持させることができる。前記無変形スペーサ４３０は、剛性高分子スペーサまたはガラススペーサとすることができる。

前記下部基板１００の下部にバックライト７００が位置する。前記バックライト７００は、白色光を放出するバックライトであってもよい。この場合、前記カラーフィルタ層５３５を用いてカラーイメージを表示できる。

また、前記バックライト７００を、赤色（Ｒ）、緑色（Ｇ）及び青色（Ｂ）のバックライトとすることもできる。この場合、前記カラーフィルタ層５３５は省略できる。このような液晶表示装置は、フィールド順次駆動方式の液晶表示装置（field sequential ＬＣＤ；ＦＳ−ＬＣＤ）とも呼ばれるが、これは、前記赤色、緑色及び青色の光を、１つの単位画素に位置した液晶を通じて時分割的に順次にディスプレイすることで、目の残像効果を用いてカラーイメージをディスプレイする。これは、応答速度が著しく速いため、動映像を表示するのに適している。

図２は、図１に示す液晶表示装置のベンド転移を説明するための断面図である。

図２を参照すれば、対向電極５５０及び画素電極１５０に電圧を印加することで、前記対向電極５５０及び前記画素電極１５０が所定の電圧差Ｖｔを有するようにする。その結果、ＯＣＢモード液晶層に位置した液晶は、ベンド相３００ｃに転移される。この際、高分子スペーサ４１０の周辺に位置し、９０゜に近い傾斜角を有する液晶分子（図１の３００ａ）は、転移核としての役目をする。したがって、ベンド転移を前記液晶層の全体に伝搬させる時間、すなわち転移時間を減少させることができると共に、転移電圧をも減少させることができる。

その後、前記画素電極１５０と前記対向電極５５０間の電圧差は、前記ベンド配列を維持するための臨界電圧（critical voltage）Ｖｃｒより高い電圧に維持される。次いで、前記電圧差を高くすれば、前記配向膜１７０、５７０に隣接した液晶と前記液晶層の中央に位置した液晶を除いて残りの液晶の傾斜角は増加し、前記電圧差を低くすれば、傾斜角は減少する。これにより、前記液晶層を通る光の偏光を変調して、画像を形成する。前記液晶の傾斜角の変化は、非常に速いため、高速の応答速度特性を実現できる。このような方式の液晶表示装置をＯＣＢ型液晶表示装置と呼ぶ。このようなＯＣＢ型液晶表示装置は、より高速の応答速度を実現するために、上述のようなフィールド順次駆動方式で駆動されることが好ましい。

図３ａ、図３ｂ及び図３ｃは、本発明の一実施例に係る液晶表示装置の製造方法を示す断面図であり、液晶表示装置の画素領域に限定して示す図である。

まず、図３ａを参照すれば、下部基板１００上にゲート導電膜を積層し、前記ゲート導電膜をパターニングすることで、ゲート電極１０５を形成する。前記ゲート電極１０５を含む基板の全面にゲート絶縁膜１１０を形成する。前記ゲート絶縁膜１１０上に非晶質シリコン層及び不純物非晶質シリコン層を順に形成する。前記不純物非晶質シリコン層をパターニングすることにより抵抗性接触層１２３を形成すると共に、前記非晶質シリコン層をパターニングすることにより、半導体層１２０を形成する。前記抵抗性接触層１２３上にソース／ドレイン導電膜を積層し、前記ソース／ドレイン導電膜をパターニングすることで、ソース電極１２５及びドレイン電極１２６を形成する。

前記薄膜トランジスタ上に、前記薄膜トランジスタを覆う層間絶縁膜１３０を形成する。前記層間絶縁膜１３０内に、前記ドレイン電極１２６を露出させるビアホールを形成する。次いで、前記層間絶縁膜１３０上に画素導電膜を形成し、前記画素導電膜をパターニングすることで、前記ビアホールを介して露出したドレイン電極１２６に接続される画素電極１５０を形成する。前記画素導電膜は、ＩＴＯ膜またはＩＺＯ膜により形成することができる。

次いで、前記画素電極１５０を含む下部基板の全面に下部配向膜１７０を形成する。前記配向膜１７０は、有機膜または無機膜から形成することができる。好ましくは、前記配向膜１７０は、ポリイミド系有機膜から形成する。次いで、前記下部配向膜１７０を一方向に水平配向処理または傾斜配向処理する。前記配向処理は、ラビング法または光配向法を用いて行うことができる。

前記配向膜１７０を備えた下部基板１００上に、軟性を有する高分子スペーサ４０５を配置（distribute）する。前記高分子スペーサ４０５を配置すると共に、無変形スペーサ４３０をさらに配置することができる。前記高分子スペーサ４０５は、無秩序な配列を有する高分子鎖４０５ａを含む。

前記軟性を有する高分子は、線形高分子であることが好ましい。さらに、前記線形高分子は、表面エネルギーの高いポリアルキレン、ポリアルキレンオキシド、ポリエステル及びポリアクリレートよりなる群から選ばれる少なくとも１つの高分子を含むものであっても良い。一方、前記軟性を有する高分子は、カルボニル基、スルホニル基、エーテル基、エステル基、アミド基及びハロゲン基よりなる群から選ばれる少なくとも１つの作用基を含むことが好ましい。

次に、図３ｂを参照すれば、上部基板５００を準備し、前記上部基板５００上に遮光膜パターン５１０を形成する。前記遮光膜パターン５１０は、前記下部基板（図３ａの１００）の薄膜トランジスタが形成された領域に対応する領域に形成され、残りの領域を露出させる。

前記遮光膜パターン５１０により露出された部分上にカラーフィルタ層５３５を形成する。前記遮光膜パターン５１０及び前記カラーフィルタ層５３５上に、前記遮光膜パターン５１０及び前記カラーフィルタ層５３５を覆う対向電極５５０を形成する。前記対向電極５５０上に上部配向膜５７０を形成し、前記上部配向膜５７０を前記下部配向膜１７０と同じ方向に配向処理する。前記上部配向膜を形成する物質及び配向処理方法は、前記下部配向膜１７０を形成する物質及び配向処理方法と同様であるので、それについての説明は省略する。

そして、図３ｃを参照すれば、前記上部基板５００の外周部上に封止材４５０を塗布し、前記封止材４５０を媒介体にして前記下部基板１００と前記上部基板５００とを接着する。この際、前記上部基板５００及び前記下部基板１００に所定の圧力が各々加えられる。これにより、前記高分子スペーサ（図３ｂの４０５）は、前記圧力により形態変形を起こし、横軸方向の内周に位置する高分子鎖４１０ａが縦軸方向に配列され、高分子スペーサ４１０（図１参照）に変形される。次いで、前記下部基板１００と前記上部基板５００との間に液晶を注入し、ＯＣＢモード液晶層３００を形成する。

図４は、本発明の一実施例に係る液晶表示装置に備えられる高分子スペーサに圧力が加えられる時の変化を示す概略図である。

図４を参照すれば、前記上部基板５００及び前記下部基板１００に所定の圧力が各々加えられる時、前記高分子スペーサ４０５の中央部に最も大きい力Ｆが加えられるので、前記高分子スペーサ４０５の横軸方向の内周に位置した高分子にａ−ａ’方向に最も大きい延伸力が加えられる。これにより、この部分の高分子鎖は、再配列、すなわち縦軸方向への配列が最大化される。その結果、横軸方向の内周に位置する高分子鎖４１０ａが縦軸方向に配列され、高分子スペーサ４１０に変形される。

以上において説明した本発明は、本発明が属する技術の分野における通常の知識を有する者であれば、本発明の技術的思想を逸脱しない範囲内で、様々な置換、変形及び変更が可能であるので、上述した実施例及び添付された図面に限定されるものではない。

本発明の一実施例に係る液晶表示装置を示す断面図である。 図１に示す液晶表示装置のベンド転移を説明するための断面図である。 本発明の一実施例の液晶表示装置の下部基板の製造方法を示す断面図である。 本発明の一実施例の液晶表示装置の上部基板の製造方法を示す断面図である。 図３ａの下部基板と、図３ｂの上部基板とが接着された様子を示す断面図である。 本発明の一実施例に係る液晶表示装置に備えられた高分子スペーサに圧力が加えられる時の変化を示す概略図である。

符号の説明

１００ 下部基板
１５０ 画素電極
１７０ 下部配向膜
２００ 上部基板
４１０ 高分子スペーサ
５５０ 対向電極
５７０ 上部配向膜

Claims (18)

1. 画素電極を有する下部基板と、
   前記下部基板の上部に位置し、前記下部基板に対向する対向面上に形成される対向電極を有する上部基板と、
   前記下部基板と前記上部基板との間に位置し、軟性高分子を含む高分子スペーサと、
   前記下部基板と前記上部基板との間に位置するＯＣＢ液晶層と、を備えることを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記軟性高分子は、線形高分子であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記高分子スペーサは、横軸方向の長さが縦軸方向の長さに比べて長いことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
4. 前記線形高分子は、ポリアルキレン、ポリアルキレンオキシド、ポリエステル及びポリアクリレートよりなる群から選ばれる少なくとも１つの高分子であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
5. 前記線形高分子は、カルボニル基、スルホニル基、エーテル基、エステル基、アミド基及びハロゲン基よりなる群から選ばれる少なくとも１つの作用基を含むことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記下部基板と前記上部基板との間に位置する剛性高分子スペーサまたはガラススペーサをさらに備えることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記画素電極上に位置する下部配向膜と、前記対向電極上に位置する上部配向膜とをさらに備え、
   前記下部配向膜及び前記上部配向膜は、同じ方向に配向処理したものであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記ＯＣＢ液晶層は、誘電率異方性が正のネマチック液晶を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
9. 画素電極を有する下部基板と、
   前記下部基板の上部に位置し、前記下部基板に対向する対向面上に形成される対向電極を有する上部基板と、
   前記下部基板と前記上部基板との間に位置し、少なくとも横軸方向の内周に縦軸方向に配列された高分子鎖を含む高分子スペーサと、
   前記下部基板と前記上部基板との間に位置するＯＣＢ液晶層と、を備えることを特徴とする液晶表示装置。
10. 前記高分子スペーサは、横軸方向の長さが縦軸方向の長さに比べて長いことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
11. 前記高分子は、線形高分子であることを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
12. 前記線形高分子は、ポリアルキレン、ポリアルキレンオキシド、ポリエステル及びポリアクリレートよりなる群から選ばれる少なくとも１つの高分子であることを特徴とする請求項１１に記載の液晶表示装置。
13. 前記高分子は、カルボニル基、スルホニル基、エーテル基、エステル基、アミド基及びハロゲン基よりなる群から選ばれる少なくとも１つの作用基を含むことを特徴とする請求項９に記載の液晶表示装置。
14. 下部基板上に画素電極を形成する段階と、
    上部基板上に対向電極を形成する段階と、
    前記上部基板または前記下部基板上に、軟性高分子を含む高分子スペーサを配置する段階と、
    前記上部基板と前記下部基板とを、前記対向電極と前記画素電極とが対向するように接着する段階と、
    前記上部基板と前記下部基板との間に液晶を注入し、ＯＣＢモード液晶層を形成する段階とを備えることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。
15. 前記軟性高分子は、線形高分子であることを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置の製造方法。
16. 前記線形高分子は、ポリアルキレン、ポリアルキレンオキシド、ポリエステル及びポリアクリレートよりなる群から選ばれる少なくとも１つの高分子であることを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置の製造方法。
17. 前記線形高分子は、カルボニル基、スルホニル基、エーテル基、エステル基、アミド基及びハロゲン基よりなる群から選ばれる少なくとも１つの作用基を含むことを特徴とする請求項１５に記載の液晶表示装置の製造方法。
18. 前記高分子スペーサを散布する段階は、剛性高分子スペーサまたはガラススペーサをさらに散布する段階を含むことを特徴とする請求項１４に記載の液晶表示装置の製造方法。
    
    

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