KR100243732B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR100243732B1
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고마노리오
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다카노 야스아키
산요 덴키 가부시키가이샤
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Abstract

TFT 액티브 매트릭스형의 액정 표시 장치에 있어서, 액정 다이렉터의 배향 벡터의 방향을 제어함으로써, 광 시야각을 실현함과 동시에, 디스크리네이션의 출현에 의한 표시 화면의 조야함을 방지한다.
표시 전극(17)의 주변 연부에 배향 제어 전극(22)를 배치한 구조로, 공통 전극(32) 중에 전극 부재부인 배향 제어 창(33a)를 형성하고, 배향 제어 전극(22)와 공통 전극(32)의 전위차를 표시 전극(17)과 공통 전극(32)의 전위차보다도 작게 설정한다. 또는, 마찬가지로 표시 전극(17)중에 배향 제어 창(33b)를 형성하고, 배향 제어 전극(22)와 공통 전극(32)의 전위차를 표시 전극(17)와 공통 전극(32)의 전위차보다도 크게 설정한다.

Description

액정 표시 장치
제1도는 본 발명의 제1 또는 제2실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도.
제2도는 제1도의 A-A 선을 따라 절취한 단면도.
제3도는 본 발명의 제1실시예의 작용 효과를 설명하는 단면도.
제4도는 본 발명의 제1실시예의 작용 효과를 설명하는 평면도.
제5도는 본 발명의 작용 효과를 설명하는 평면도.
제6도는 제1도의 A-A 선을 따라 절취한 단면도.
제7도는 본 발명의 제2실시예의 작용 효과를 설명하는 단면도.
제8도는 본 발명의 제1실시예의 작용 효과를 설명하는 평면도.
제9도는 본 발명의 제3 및 제4실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도.
제10도는 제9도의 B-B 선을 따라 절취한 단면도.
제11도는 제9도의 B-B 선을 따라 절취한 단면도.
제12도는 본 발명의 제5 또는 제6실시예에 따른 액정 표시 장치의 평면도.
제13도는 제12도의 C-C 선을 따라 절취한 단면도.
제14도는 제12도의 C-C 선을 따라 절취한 단면도.
제15도는 액정 표시 장치의 구성도.
제16도는 종래의 문제를 설명하는 평면도.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
1, 5 : 편광판 2 : TFT 기판
3 : 액정층 4 : 대향 기판
10, 30, 50, 70 : 투명 기판 11, 59 : 게이트 전극
12, 60 : 게이트 라인 13, 58 : 게이트 절연막
14, 57 : a-Si 15 : 에칭 스토퍼
16 : N+a-Si 17, 53 : 표시 전극
18, 55 : 소스 전극 19, 56 : 드레인 전극
20, 54 : 드레인 라인 21, 52 : 층간 절연막
22, 61 : 배향 제어 전극 23, 34, 62, 74 : 수직 배향막
31, 71 : 차광막 32, 72 : 공통 전극
33b, 73b : 배향 제어 창 40 : 액정 다이렉터
41 : 액정층 42 : 전계
100, 200 : 차광 영역 101, 201 : 개구부
102, 202 : 경계선(디스크리네이션)
U, D, L, R : 표시 존
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 액정 다이렉터의 배향을 제어함으로써 광 시야각과 고 표시 품위를 달성한 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치는 소형, 박형, 저 소비 전력 등의 이점이 있어, OA 기기, AV기기 등의 분야에서 실용화가 진전되고 있다. 특히, 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터(이하, TFT라 칭함)를 이용한 액티브 매트릭스 형의 액정 표시 장치는 정밀하고 세밀한 동호황 표시가 가능하여 TV의 디스플레이 등에 사용되고 있다.
액정 표시 장치는, 제15도에 도시하는 바와 같이, 유리 등의 투명 기판 상에 매트릭스 패턴이 설치되어 이루어지는 TFT 기판(2)과 공통 전극을 갖는 대향 기판(4)이 수 μm 두께의 액정층(3)을 사이에 두고 부착되고, 또 이것을 편광 축 방향이 서로 직교하는 2개의 편광판(1 및 5)에 삽입함으로써 구성된다.
TFT 기판(2)은 게이트 라인 및 드레인 라인이 교차 배치된 교점에 TFT가 형성되고, 매트릭스 형상으로 배치된 표시 전극에 접속시킨 구조를 갖고 있다. 게이트 라인은 선 순차로 주사 선택되어 동일 주사선 상의 TFT를 전부 ON으로 하고, 이것에 동기한 데이타 신호를 드레인 라인을 통해 각 표시 전극에 공급한다. 또, 공통 전극도 게이트 라인의 주사에 동기하여 전위가 설정되고, 대향하는 각 표시 전극 사이의 표시 화소 용량에 전위차를 제공하여 액정을 구동한다.
특히, ECB(Electrically Controlled Birefringence : 전압 제어 복굴절) 방식의 액정 표시 장치에서는 전압 인가에 의해 액정 다이렉터의 배향 상태를 제어하고, 광원에 의해 입사되는 백색광에 복굴절 변화를 발생시켜 광 셔터 기능을 갖고 있다. 예를 들면, 액정층(3)으로서 부의 유전율 이방성을 갖는 네마틱 액정을 이용함으로써, 액정 다이렉터의 초기 배향을 기판 면에 대해 수직 방향으로 설정한 것은 VAN(Vertically Aligned Nematic)형이라 칭한다.
제15도에 있어서, TFT 기판(2)측으로부터 입사되는 백색광은 제1편광판(1)에 의해 직선 편광으로 변화한다. 전압 무 인가시에는, 이 입사 직선 편광은 액정층(3) 내에서 복굴절을 받아들이지 않고, 제2편광판(5)에 의해 차단되어 표시는 검게된다(노멀 블랙 모드). 그리고, 액정층(3)에 소정의 전압을 인가하면, 유전율 이방성이 부인 액정 다이렉터는 배향 벡터를 전계 방향과 이루는 각을 직각에 가까운 방향으로 변화시킨다. 또, 액정은 굴절율에 이방성을 갖고 있기 때문에, 입사 직선 편광이 복굴절을 받아들여 타원 편광으로 되고, 광이 제2편광판(5)을 투과하게 된다. 투과광 강도는 인가 전압에 의존하기 때문에, 인가 전압을 화소마다 조정함으로써 계조 표시가 가능하게 되고, 각 화소의 명암(흑백)이 전체로서 표시 화상에 시인된다.
또, VAN형에서는 양 기판(2 및 4) 표면에 폴리이미드 등의 고분자막을 형성하고 이것에 러빙 처리를 행하는 등에 의해 액정 다이렉터의 초기 수직 배향에 프리틸트각을 부여하여 배향을 제어하고 있다. 또, 광로에 칼라 필터를 설치하고, ECB에 의한 광 셔터 효과에 칼라화를 조합시킴으로써 칼라 표시가 실현된다.
계속해서, 종래의 액정 표시 장치의 문제점에 대해 설명한다. 제16도는 제15도에 도시된 ECB 방식을 이용한 종래의 액정 표시 장치의 구동시의 광의 투과 상태를 도시한 평면도이다. 위의 설명에서는 생략했지만, 통상 대향 기판 측에는 금속 등의 차광막이 설치되어 있고, 매트릭스 배치된 화소에 대응하는 개구부(201)을 제거하여 광의 투과를 차단하고 있다. 이 차광 영역(200)에서는 화소 사이의 광 누설이 방지되어 흑색으로 되고, 표시의 콘트라스트 비를 향상시킨 것이다. 각 개구부(201)에서는 광의 투과율이 제어되어 원하는 표시가 얻어지게 되지만, 이 개구부(201)에 있어서도 디스크리네이션(202)이라 칭하는 흑 영역이 발생한다. 디스크리네이션은 액정의 배향 벡터가 서로 다른 영역이 복수 존재할 때, 그 경계선 상에서 액정 다이렉터의 배향이 외란되어 다른 영역과는 다른 투과율을 나타내는 영역이다.
네마틱 상(相)의 액정 다이렉터는 전압 인가시의 배향 벡터가 전계 방향에 대한 각도에만 속박되고, 전계 방향을 축으로 한 방위 각은 해방되어 있다. 즉, 전계 효과만으로는 전계 방향을 대칭 축으로서 회전시켜 얻어지는 것과 같은 복수의 방향으로 향한 배향 벡터가 가능하다. 그 때문에, TFT 기판은 표면에 전극에 의한 凹凸이 있어 표면 배향 처리가 불균일하게 되어 있는 것이나, 셀 내의 전극 사이의 전위차에 의한 횡 방향의 전계가 존재하고 있는 것 등의 원인에 의해 배향 벡터가 서로 다른 영역이 발생한다. 부분적으로도 배향 벡터의 이상이 존재하면, 액정의 연속체성을 위하여 이것에 따르는 방위 각을 갖는 배향 벡터가 있는 영역에 걸쳐 확대된다. 이러한 것이 셀의 복수 개소에서 발생되면, 전계 방향과 이루는 각이 동일하면서 방위각이 다른 배향 벡터를 갖는 영역이 복수 발생한다. 이들 영역의 경계선은 투과율이 다른 것과 다르게 되어 디스크리네이션으로 된다. 화소마다 다른 형상의 디스크리네이션이 많이 생기면, 화소에 불균일이 발생하거나, 기대하는 칼라 표시가 얻어지지 않는 등의 문제가 야기된다.
또, 각 영역의 배향 벡터가 표시 영역내에서 불규칙적으로 되면 시각 의존성이 높아지는 문제가 있다.
또, 러빙시에 발생하는 정전기가 TFT의 임계치나 상호 컨덕턴스의 변화를 야기하고, 소위 정전 파괴의 문제도 있다.
본 발명은 이상의 과제를 감안한 것으로, 제1로서, 행렬 형상으로 배치된 표시 전극 및 이 표시 전극에 신호를 공급하는 박막 트랜지스터를 갖는 박막 트랜지스터 기판과, 공통 전극을 갖는 대향 기판과, 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 대향 기판의 간극에 주입된 액정을 포함하는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 박막 트랜지스터 기판 및 상기 대향 전극 기판에는 상기 액정을 수직 배향하는 수직 배향막이 설치되고, 또한 상기 박막 트랜지스터 측에는 상기 표시 전극에 절연된 배향 제어 전극이 설치되며, 이 배향 제어 전극에 상기 표시 전극과 다른 전위를 제공함으로써, 액정의 배향을 제어한 구성이다.
제2로서, 제1 구성에 있어서, 상기 배향 제어 전극은 상기 표시 전극의 주변 연부를 둘러싸도록 배치된 구성이다.
제3으로서, 제1 구성에 있어서, 상기 배향 제어 전극은 상기 표시 전극 이외의 전체 영역에 설치된 구성이다.
제4로서, 제1 내지 제3 중 어느 한 구성에 있어서, 상기 배향 제어 전극은 평면적으로 상기 표시 전극에 일부 중첩된 구성이다.
제5로서, 제4 구성에 있어서, 상기 배향 제어 전극과 표시 전극의 중첩부는 보조 용량으로서 작용하고, 상기 보조 용량은 상기 표시 전극과 공통 전극에 의해 형성된 표시 화소 용량에 병렬 배치된 구성이다.
제6으로서, 제1 구성에 있어서, 상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극을 상층에 배치한 정(正) 스태거 구조이고, 상기 배향 제어 전극은 상기 게이트 전극과 동일 층에 형성된 구성이다.
제7로서, 제2 구성에 있어서, 상기 공통 전극 중에는 상기 표시 전극에 대향하는 영역에서 전극의 부재(不在) 부분인 배향 제어 창이 설치됨과 동시에, 상기 배향 제어 전극의 전위는 상기 공통 전극과의 실효 전위차가 상기 표시 전극과 상기 공통 전극과의 실효 전위차보다도 작게 설정된 구성이다.
제8로서, 제2 구성에 있어서, 상기 표시 전극에는 전극의 부재 부분인 배향 제어 창이 형성됨과 동시에, 상기 배향 제어 전극의 전위는 상기 공통 전극과의 실효 전위 차가 상기 표시 전극과 상기 공통 전극과의 실효 전위차보다도 크게 설정된 구성이다.
제9로서, 제7 또는 제8 구성에 있어서, 상기 배향 제어 창은 상기 표시 전극의 거의 대각선에 따른 X자형에 대응하여 형성된 구성이다.
상기 제1의 구성에서, 상기 박막 트랜지스터 기판 및 상기 대향 전극 기판에는 상기 액정을 수직 배향하는 수직 배향막이 설치되고, 또한 상기 박막 트랜지스터 기판 측에는 상기 표시 전극과 절연되고, 그의 표시 전극과 다른 전위의 배향 제어 전극을 설치함으로써, 배향 제어 전극, 표시 전극 및 공통 전극 사이의 전위차로 셀내의 전계가 제어되어 배향 벡터의 방위각이 지정된다. 즉, 표시 전극과 배향 제어 전극과의 전위차에 의헤 셀 내의 전계 방향을 기판의 법선 방향에서 소정의 방향으로 경사지게 함으로써, 초기 배향 방향과 전계 방향 사이에 각도가 부여되기 때문에, 전압 인가시에 액정 다이렉터는 전계 방향과 초기 배향 방향이 이루는 각을 최단으로 증대시키는 방향으로 경사지게 하고, 전계 효과와 아울러 배향 벡터가 단 한개로 결정된다.
상기 제2의 구성에서, 배향 제어 전극을 표시 전극의 주변 연부에 설치함으로써, 액정 다이렉터는 표시 전극의 4 변에서 동등한 제어를 받고, 배향 벡터의 방향이 각각의 변에서 직각이 되도록 경사진다. 각 변에서 배향 상태가 제어되면, 액정은 그 연속체성 때문에 표시 영역의 중앙부까지 동일한 배향 벡터로 된다.
상기 제3 구성에서, 배향 제어 전극을 표시 전극 이외의 전체 영역에 설치함으로써, 비 표시 영역의 광 누설이 방지되므로, 대향 기판 측에 차광막을 설치할 필요가 없게 되고, 제조 비용이 절감된다.
상기 제4의 구성에서, 배향 제어 전극을 표시 전극에 중첩시킴으로써, 표시 전극의 주위로부터의 광 누설이 방지되므로, 차광막을 대향 기판 측에 형성하는 경우에도 배향 제어 전극의 외주의 에지를 기준으로 마진이 얻어지기 때문에, 접합 마진에 의한 개구율의 손실이 방지된다. 또, 제5 구성에서는 이 중첩부가 보조 용량으로서 이용되므로, 보조 용량 전극의 형성이 불필요하게 되고, 제조 비용이 절감됨과 동시에, 개구율의 손실이 방지된다.
상기 제6 구성에서, 박막 트랜지스터에 정 스태거형의 것을 이용하고, 배향제어 전극을 박막 트랜지스터의 게이트 전극과 동일 층, 동일 재료로 형성하므로써, 배향 제어 전극을 게이트 전극과 동시에 형성할 수 있고, 제조 비용이 절감된다.
상기 제7 또는 제8 구성에서, 표시 전극 또는 공통 전극에 전극 부재 부분인 배향 제어 창을 설치함으로써, 이것에 대응하는 부분에서는 전계가 발생하지 않고, 액정 다이렉터는 초기 배향 상태로 고정된다. 그 때문에, 배향 제어 전극의 근방 부분과, 배향 제어 창의 근방 부분에 있어서, 각각의 작용으로 액정 다이렉터가 속박된다. 즉, 액정의 연속체성에 의해 각각의 배향 제어 전극에 의해 배향 벡터가 균일하게 일치됨과 동시에, 표시 영역 내에서 배향 벡터의 방향을 서로 다르게 한 각 존의 경계가 배향 제어 창에 의해 고정된다.
또, 배향 제어 창의 에지부에서는, 전계는 액정층 중을 대향하는 전극을 향하여 전극 존재 영역에서 전극 부재 영역으로 경사지게 발생한다. 즉, 배향 제어 창에 대향하는 부분의 전극에서 발생하는 전계는 배향 제어 창을 피해 전극 부재 부분으로 안내된다. 그 때문에, 제7 구성에 대해, 공통 전극 내에 배향 제어 창이 형성된 셀에서는 배향 제어 전극과 공통 전극과의 실효 전위차를 표시 전극과 공통 전극과의 실효 전위차보다도 작게 설정하고, 제8 구성에 대해, 표시 전극 중에 배향 제어 창을 형성하는 셀에서는 배향 제어 전극과 공통 전극과의 실효 전위차를 표시전극과 공통 전극과의 실효 전위차보다도 크게 설정한다. 특히, 배향 제어 창의 형상을 표시 영역의 거의 대각선에 따른 X자형으로 함으로써, 배향 제어 전극의 작용에 의해 경사지게 된 전계의 방향과, 배향 제어 창에 의해 경사지게 된 전계의 방향이 1/2 직각 정도로 된다. 그 때문에, 셀의 임의의 단면에 대해 각 존에서는 배향 제어 전극에 의한 전계의 경사 방향과 배향 제어 창에 의한 전계의 경사 방향이 일치하고, 이들 2개의 작용에 의해 존 내의 배향 상태가 균일하게 된다. 또, 이와 같이 X자형의 배향 제어창에 의해 4개로 등분할된 화소에서는 배향 벡터가 각각의 존에서 서로 다른 4개의 방향으로 향하므로, 이들 존의 투과광의 합성에 의해 4개의 우선 시각을 갖는 광 시야각의 표시가 실현된다.
이하, 본 발명의 제1 실시예를 도면을 참조하면서 설명한다. 제1도는 2 화소분의 전극 패턴을 도시한 평면도이다. 기판 상에 게이트 라인(12)과 드레인 라인(20)이 직교 배치되고, 이것에 둘러 싸인 영역에는 표시 전극(17)이 배치되어 있다. 양 라인(12 및 20)의 교차부에는 TFT가 형성되어 있고, 그 소스 전극(18)이 표시 전극(17)에 접속되어 있다. 표시 전극(17)의 주변 연부에는 배향 제어 전극(22)이 둘러싸여 배치되어 행 방향으로 서로 접속되어 있다. 도면의 점선으로 도시된 X자형의 영역은 도시하지 않은 대향 기판 상의 공통 전극에서, 전극의 부재 부분으로서 형성된 배향 제어 창(33a)이 표시 전극(17)에 평면적으로 대응하여 있는 영역이다.
계속해서, 제1도의 A-A선 부분의 단면도인 제2도도 참조하면서 상세하게 설명한다. 유리 등의 투명 기판(10) 상에는 예를 들면, Cr의 스퍼터링과 포토 에칭에 의해 두께가 약 1500Å인 게이트 전극(11) 및 게이트 라인(12)가 설치되어 있다. 이것을 덮는 전체 면에는 SiNx가 CVD에 의해 2000~4000Å의 두께로 적층되어 게이트 절연막(13)으로 되어 있다. 게이트 전극(11)상에는 게이트 절연막(13)에 이어서 a-Si(14), 에칭 스토퍼(15), N+a-Si(16) CVD 성막과 포토 에칭에 의해 순차섬 형상으로 적층되어 TFT의 채널 및 콘택트 층을 구성하고 있다. 한편, 게이트 절연막(13) 상의 다른 영역에서는 ITO의 스퍼터링과 포토 에칭에 의해 두께 1000Å 정도의 표시 전극(17)이 형성되어 있다. 최상층은 소스·드레인 배선으로, 예를 들면, 스퍼터링으로 1000Å/7000Å의 두께로 적층한 Mo/Al을 포토 에칭으로 패터닝하여 얻어진 소스 전극(18), 드레인 전극(19) 및 드레인 라인(20)이다.
이상은 TFT 기판의 일반적인 구조로, 본원에서는 또 SiNx등의 층간 절연막(21)을 전체 면에 피복한 후, 표시 전극(17)의 주변 연부를 둘러싸도록 배향 제어 전극(22)이 배치되어 있다. SiNx는 CVD 등에 의해 0.5~1μm의 두께로 적층하고 있다. 배향 제어 전극(22)은 층간 절연막(21)상에 예를 들면, Al, Cr, Mo 등을 적층하여 패터닝함으로써 형성되어 있다. 배향 제어 전극(22)은 제1도에 도시하는 바와 같이, 표시 전극(17)의 주위를 둘러싸도록 배치되어 있고, 또는 동일 행의 화소에 대해 서로 접속하고 있다.
또, 전체 면에는 표면 배향 처리로서 수직 배향용으로 폴리이미드 등의 배향막(23)을 적층함으로써, 액정 다이렉터(40)의 초기 배향을 기판의 법선 방향으로 규정하고 있다. 즉, 액정을 수직 방향으로 배향한다. 배향막(23)의 러빙 처리는 불필요하다.
또, 본 발명에서는 TFT 기판은 여기에서 열거한 구조에 한정되는 것은 아니다.
한편, 액정층(41)을 끼워 TFT 기판에 대향 배치된 투명 기판(30) 상에는 표시부를 개구하여 비 표시부의 광 투과를 차단하는 차광막(31)이 Cr 등으로 형성되고, 이것을 덮은 전체 면에는 ITO가 성막되어 공통 전극(32)으로 되어 있다. 공통 전극(32)에는 제1도의 점선으로 도시하는 바와 같이 표시 영역 내를 X 자형으로 에칭 제거함으로써, 전극 부재 부분인 배향 제어 창(33a)이 형성되어 있다. 또, 전체 면에는 TFT 기판 측과 마찬가지의 수직 배향 막(34)이 형성되어 대향 기판으로 되어 있다. 공통 전극(32)는 4 변에서 은 페이스트 등에 의해 TFT 기판 측에 접속되어 TFT 기판 측의 입력 단자로부터 신호가 인가된다. 행마다 접속된 배향 제어 전극(22)도 이 입력 단자에 공통으로 접속되어 공통 전극과 동일 신호가 입력된다.
제3도에 본 실시예의 액정 표시 장치를 구동할 때의 셀 내의 상태를 단면으로 도시하고 있다. 표시 전극(17)의 양측에 배향 제어 전극(22)이 배치되고, 액정층(41)을 사이에 두고 공통 전극(32)이 있다. 본 실시예에서는 배향 제어 전극(22)과 공통 전극(32)의 실효 전위차를 표시 전극(17)과 공통 전극(32)의 실효 전위차보다도 작게 설정하고 있기 때문에, 표시 영역의 주변 연부에서는 전계(42)가 표시 전극(17)에서 공통 전극(32)을 향해 표시 영역 내에서 표시 영역 외부로 경사진 방향으로 발생한다. 이것에 의해, 액정 다이렉터(40)는 배향 벡터와 전계(42)가 이루는 각과 함께, 전계 방향을 축으로 한 방위각도 지정된다. 즉, 초기 배향 벡터와 전계 방향이 있는 각도를 갖고 있으면, 액정의 연속체성에 기초한 강성이기 때문에, 전계 인가시, 최단으로 이 각을 증가시키는 방향으로 배향 벡터가 변화함으로써 에너지적으로 안정하게 된다. 이 작용은 제4도에 도시하느 바와 같이 표시 전극(17)의 4 변에 대해 점 대칭이다. 또, 공통 전극(32) 내의 배향 제어 창(33a)은 전극 부재이기 때문에, 이 근방에서는 전계가 발생하지 않거나 또는 약하고, 액정 다이렉터(40)는 초기 배향 상태로 고정되어 있다.
이 때문에, 액정 다이렉터(40)는 배향 제어 전극(22)에 의해 표시 영역의 4 변에 대해 점 대칭으로 배향 벡터의 방향이 지정됨과 동시에, 배향 제어 창(33a)에 의해 배향 벡터의 다른 영역의 경계선이 고정되므로, 액정의 연속체성에 의해 전체 화소에서 배향 벡터를 대칭적으로 또는 각각의 존에 대해 균일하게 속박할 수 있다. 화소 표시부는 배향 제어 창(33a)에 의해 분할된 4개의 존 U, D, L, R로 분할되지만 예를 들면, 화면의 상방향으로부터의 시인에 대해서는 존 U와 존 D의 평균조와, 존 L과 R의 합성광이 정면으로부터의 시인에 가까운 투과광으로서 인식된다. 다른 방향에 대해서도 마찬가지로 정면과 동등한 투과광이 시인되므로, 시야 의존성이 저감되어 광 시야각이 실현된다.
제5도는 본 실시예의 액정 표시 장치의 구동시의 광의 투과 상태를 도시한 평면도이다. 차광막에 의한 흑 영역(100) 내에 개구부(101)가 매트릭스 형상으로 설치되어 있고, 표시는 이들 개구부(101)로 제어된 각 계조의 투과광의 거시적인 합성으로서 실현된다. 각 개구부(101)는 제4도에 도시한 화소로, 전체 개구부(101)에 대해 동일한 배향 제어 창에 의한 경계선(102)이 검게 표현되지만, 화소마다 불균일이 없어 표시에 악 영향은 없다.
이와 같이 본 발명에 의해 상하 좌우 방향에 대해 시각 특성이 향상되어 광시야각의 표시가 실현됨과 동시에, 디스크리네이션의 불균일이 억제되어 표시 품위가 향상된다. 또, 이상에서 설명한 작용은 인가 전압의 정부의 극성이 반전된 경우에도 마찬가지이다.
특히, 본 실시예의 액정 표시 장치의 구동 방법에 대해, 배향 제어 전극(22)을 공통 전극(32)에 접속함으로써, 배향 제어 전극(22)용의 특별한 구동 회로가 불필요하게 된다. 배향 제어 전극(22)을 공통 전극(32)과 동 전위로 설정함으로써, 이들 양 전극(22 및 32) 사이의 전위차가 없게 되고, 표시 전극(17)과 공통 전극(32) 사이의 전위차보다도 작게 되며, 제3도에 도시하는 바와 같은 셀 내의 전계 분포가 얻어진다.
실험적으로, 배향 제어 전극(22)을 표시 전극(17)에 근접하여 배치함으로써, 위에서 상술한 배향 벡터의 제어 작용은 높아진다. 그 때문에, 배향 제어 전극(22)은 평면적으로 표시 전극(17)의 주위에 접근하거나 또는, 일부를 중첩시키는 것이 바람직하다.
특히 본 실시예에서는 제1도에 도시되어 있는 바와 같이 배향 제어 전극(22)을 표시 전극(17)에 부분적으로 중첩시킴으로써, 이 중첩부를 보조 용량으로서 기능시키고 있다.
또, 이 구조에 의해 표시 전극(17)의 주변 연부의 투과성이 차광되므로, 대향 기판 측의 차광막(32)은 접합 마진을 작게 형성하여 개구율을 향상시킬 수 있다. 즉, 표시 전극(22)의 주변 연부가 아닌 배향 제어 전극(22)의 외측 주변 연부를 기준으로 하여 마진을 설정할 수 있으므로, 전체 마진에 의해 개구율의 손실은 TFT 기판 측에서의 배향 제어 전극(22)의 얼라인먼트 마진만으로 저감된다.
다음에, 본 발명의 제2 실시예를 설명한다. 평면 구조는 제1도에 도시한 제1 실시예와 마찬가지이고, A-A 선부에 따른 단면 구조는 제6도에 도시되어 있다. 본 실시예는 제1 실시예에 있어서, 공통 전극(32)에 설치되어 있는 배향 제어 창을, 이것에 대응하는 위치에서 제6도에서 (33b)로 나타낸 바와 같이 표시 전극(17) 내에 설치하고, 또 배향 제어 전극(22)과 공통 전극(32)의 실효 전위차를 표시 전극(17)과 공통 전극(32)의 실효 전위차보다도 크게 설정하는 것이다. 배향 제어 창(33b)은 ITO의 패터닝시에 표시 전극(17)과 동시에 개구된다.
이 구성에 의해, 제7도에 도시하는 바와 같이 배향 제어 전극(22)과 공통 전극(32)의 전위차가 크기 때문에, 표시 영역의 주변 연부에 있어서, 전계(42)가 공통 전극(32)에서 표시 전극(17)을 향해 표시 영역 내에서 표시 영역 외부로 경사진 방향으로 발생함으로써, 배향 제어 창(33b)의 근방에서는 전계가 존재하지 않게 된다. 이 경우, 액정 다이렉터(40)는 제1 실시예의 제3도에 비해 반대 방향으로 향한 배향 벡터를 갖게 되므로, 제8도에 도시하는 바와 같이 제1 실시예와 마찬가지로 액정의 연속체성에 의해 표시 영역 내에서 배향 벡터의 방향을 점 대칭으로 속박할 수 있고, 시각 의존성이 저감되고 또 디스크리네이션의 불균일이 억제된다.
본 발명에서는 특히 제3도 및 제7도에 도시하는 바와 같이 배향 제어 창(33)의 에지부에서는 전계(42)의 방향이 경사지게 되므로, 이 방향을 배향 제어 전극(22)에 의한 전계(42)의 경사진 방향에 일치할 목적으로, 대향 기판 측에 배향 제어 창(33a)을 설치하는 경우는 배향 제어 전극(22)와 공통 전극(32)의 전위차를 표시 전극(17)과 공통 전극(32)의 전위차보다도 작게 설정하고, TFT 기판 측에 배향 제어 창(33b)을 설치하는 경우는 배향 제어 전극(22)와 공통 전극(32)의 전위 차를 표시 전극(17)과 공통 전극(32)의 전위차보다 크게 설정한다.
또, 제1 및 제2 실시예에서는 배향 제어 전극(22)을 최상층에 배치하지만, 배향 제어 전극(22)을 게이트 전극(11) 및 게이트 라인(12)과 동일 층으로 배치할 수도 있다. 즉, 제1도에 도시한 평면 전극 배치에 있어서, 배향 제어 전극(22)을 표시 전극(17)의 하부에 형성하는 것도 가능하다. 이 경우, Cr을 에칭시에 게이트 전극(11) 및 게이트 라인(12)과 동시에 형성할 수 있으므로, 제조 프로세스가 절감된다.
TFT부의 단면 구조는 도시의 형편상 제2도와 같이 도시했지만, 실제는 액정층(41)의 두께가 5~10μm인 것에 반해 TFT부의 막 두께는 겨우 1~2μm이고, 또 화소 피치는 100~200μm 정도이다. 본원의 주된 구성 내용은 표시 전극(17)의 주위를 둘러싸도록 배향 제어 전극(22)을 배치한 데에 있다. 이 때문에, 거시적으로 보면, 배향 제어 전극(22)이 표시 전극(17)보다도 위에 있는지 아래에 있는지는 그다지 문제가 되지 않고, 어느 구조에서도 제3도와 제4도 및 제7도와 제8도에 도시한 것과 동일한 작용 효과를 발휘한다.
계속해서, 제1 및 제2 실시예에 각각 유사한 제3 및 제4 실시예를 설명한다. 기본적인 작용 효과는 제1 및 제2 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 제9도는 제3 및 제4 실시예에 공통의 평면도이다. 본 실시예에서는 Al, Cr, Mo 등의 광 불투과성의 도전 재료로 형성된 배향 제어 전극(22)이 전면적으로 설치되어 표시 영역에 대응하는 부분이 에칭에 의해 개구되어 있다. 즉, 배향 제어 전극(22')은 TFT, 게이트 라인(12) 및 드레인 라인(20) 위를 전체 피복하여 형성되어 있다. 또, 배향 제어 전극(22')은 표시 전극(17)의 주변 연부에 부분적으로 중첩되어 있다.
제9도의 B-B선에 따른 단면도를 제10도 및 제11도에 도시한다. 제10도는 제3 실시예의 구조로, 공통 전극(32) 측에 배향 제어 창(33a)이 설치되어 있다. 제11도는 제4도의 실시예의 구조로, 표시 전극(17) 측에 배향 제어 창(33b)이 설치되어 있다. 이들 구조에서는 배향 제어 전극(22')이 차광막의 역할으르 하므로, 제10도 및 제11도에서 명백해진 바와 같이 대향 기판 측에는, 차광막은 설치되어 있지 않다. 이와 같이 차광막이 TFT 기판 측에 설치된 구조에서는 대향 기판 측에 설치된 경우에 비해 접합 마진에 의한 유효 표시 영역의 축소가 방지되어 개구율이 향상된다.
특히, 제10도의 셀에서는 제3도에 도시하는 바와 같이 배향 제어 전극(22')과 공통 전극(32)의 실효 전위차가 표시 전극(17)과 공통 전극(32)의 실효 전위차보다도 작은 것이 요구되기 때문에, 배향 제어 전극(22')을 공통 전극(32)에 접속하여 동 전위로 설정할 수 있다. 또 이때, 배향 제어 전극(22')을 표시 전극(17)에 적극적으로 중첩시켜 이 중첩부를 보조 용량으로서 기능시킬 수도 있다.
다음에, 본 발명의 제5 실시예를 설명한다. 제12도는 전극 패턴을 도시하는 평면도이다. 게이트 라인(60)과 드레인 라인(54)이 직교 배치되어 이들에 둘러 쌓여진 영역에는 표시 전극(53)이 배치되어 있다. 양 라인(54 및 60)의 교차부에는 정스태거형의 TFT가 형성되어 있고, 표시 전극(53)의 일부를 소스 전극(55)으로 하고 있다. 표시 전극(53)의 주변 연부에는 배향 제어 전극(61)이 둘러싸여 배치되어 동일한 행에 대해 서로 접속되어 있다. 점선으로 도시된 x자형의 영역은 도시하지 않은 대향 기판 측의 공통 전극에서 전극의 부재 부분으로서 형성된 배향 제어 창(73a)에 평면적으로 대응하는 영역이다.
제13도는 제12도의 C-C 선에 따른 단면도이다. 유리 등의 투명 기판(50) 상에는 예를 들면, Cr의 스퍼터링과 포토 에칭에 의해 차광막(51)이 형성되고 이것을 피복하여 SiNx등이 전체 면에 적층되어 층간 절연막(52)으로 되어 있다. 층간 절연막(52) 상에는 ITO의 스퍼터링과 포토 에칭에 의해 일부가 소스 전극(55)으로 이루어지는 표시 전극(53), 및 일부가 드레인 전극(56)으로 이루어지는 드레인 라인(54)이 형성되어 있다.
소스 및 드레인 배선(53, 54, 55 및 56) 상에는 a-Si(57), SiNx, Al을 순차 적층하고, 이 적층체를 동일한 마스크로 에칭함으로써 게이트 라인(60)과 배향 제어 전극(61)이 형성되어 있다. a-Si는 채널층, SiNx는 게이트 절연막(58), Al은 게이트 금속이다. 차광막(51)에 대응하는 영역에서는 게이트 라인(60)의 일부는 게이트 전극(59)으로서 소스 및 드레인 전극(55 및 56) 상에 형성되고, a-Si(57), 게이트 절연막(58), 게이트 전극(59)이 순차 적층된 정 스태거형의 TFT로 되어 있다. 배향 제어 전극(22)은 TFT와 마찬가지로, a-Si, SiNx, Al의 3층 구조로 이루어지고, 표시 전극(17)의 주변 연부에 둘러싸여 배치되어 있다.
특히, 전체 면에는 폴리이미드 등의 수직 배향막(62)이 피복되어 TFT 기판으로 된다.
한편, 유리의 투명 기판(70) 상에는 Cr의 차광막(71) 및 이것을 덮는 전면에 ITO의 공통 전극(72)이 형성되고, 공통 전극(72) 내에는 에칭에 의해 배향 제어 창(73a)이 개구되어 있다. 또, 전면에는 수직 배향 막(74)이 피복되어 있다. 이 대향 기판은 액정층(41)을 사이에 두고 TFT 기판에 대향 배치된다. 공통 전극(72)은 4 변에서 은 페이스트 등에 의해 TFT 기판 측에 접속된다.
본 실시예의 구조에서는 제1 실시에와 마찬가지로 배향 제어 전극(61)과 공통 전극(72)의 전위차를 표시 전극(53)과 공통 전극(72)의 전위차보다도 작게 설정한다. 이것에 의해, 셀 내의 전계는 제3도에 도시하는 것과 마찬가지의 분포로 되고, 액정 다이렉터(40)의 배향은 평면적으로 제4도와 같이 된다. 작용 효과의 상세한 설명은 제1 실시예에서 설명한 것으로 여기에서는 생략된다. 이 구조는 위에서 상술한 것으로부터 명백해진 바와 같이 3개의 마스크로 제조 가능하기 때문에, 제조 비용이 절감된다.
계속해서, 본 발명의 제6 실시예를 설명한다. 본 실시예는 제3 실시예에 있어서, 공통 전극(72)에 설치되어 있는 배향 제어 창을, 이것에 대응하는 위치에서 제14도에서 (73b)로 나타낸 바와 같이 표시 전극(53) 내에 설치하고, 또 배향 제어 전극(61)과 공통 전극(72)의 전위차를 표시 전극(53)과 공통 전극(72)의 전위차보다도 크게 설정하는 것이다. 배향 제어 창(73b)은 ITO의 패터닝에 의해 소스·드레인 배선(53, 54, 55 및 56)과 동시에 개구된다. 이것에 의해, 셀 내의 전계는 제7도에 도시하는 것과 마찬가지의 분포로 되고, 액정 다이렉터(40)의 배향은 평면적으로 제8도와 같이 된다. 작용 효과는 제2 실시예와 마찬가지이므로, 여기에서의 설명은 생략한다.
이상의 설명으로부터 명백해지는 바와 같이, 배향 제어 전극에서 표시 화소내의 배향 벡터를 대칭적으로 속박하고, 또 배향 제어 창에서 이들 배향 벡터가 서로 다른 영역의 경계선을 고정함으로써, 시각 의존성이 저감되고 광 시야각에서의 표시가 가능하게 됨과 동시에, 화소마다 다른 불균일한 디스크리네이션의 출현이 방지되어 화면의 불균일이 없게 되어 표시 품위가 향상되었다.
또, 배향막의 러빙 처리가 불필요하기 때문에, 제조 비용이 절감됨과 동시에 러빙시에 발생하는 정전기가 없어져 TFT의 정전 파괴가 방지된다.

Claims (18)

  1. 행렬 형상으로 배치된 표시 전극 및 상기 표시 전극에 신호를 공급하는 박막 트랜지스터를 갖는 박막 트랜지스터 기판, 공통 전극을 갖는 대향 기판, 및 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 대향 기판의 간극에 주입된 액정을 포함하는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 박막 트랜지스터 기판 및 상기 대향 전극 기판에는 상기 액정을 수직 배향하는 수직 배향막이 설치되고, 또한 상기 박막 트랜지스터 기판 측에는 상기 표시 전극에 절연된 배향 제어 전극이 설치되며, 상기 배향 제어 전극에 상기 표시 전극과 다른 전위를 공급함으로써, 상기 액정의 배향을 제어한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 배향 제어 전극은 상기 표시 전극의 주변 연부를 둘러싸고 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 배향 제어 전극은 상기 표시 전극 이외의 전체 영역에 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서, 상기 배향 제어 전극은 평면적으로 상기 표시 전극에 근접하여 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 배향 제어 전극은 평면적으로 상기 표시 전극에 일부 중첩하여 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 배향 제어 전극과 표시 전극과의 중첩부는 보조 용량으로서 작용하고, 상기 보조 용량은 상기 표시 전극과 공통 전극에 의해 형성된 표시 화소 용량과 병렬 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 배향 제어 전극은 행 방향으로 서로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 박막 트랜지스터는 게이트 전극을 상층에 배치한 정 스태거(forward stagger) 구조이고, 상기 배향 제어 전극은 상기 게이트 전극과 동일한 층 및 동일한 재료로 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 공통 전극에는, 상기 표시 전극에 대향하는 영역에서 소정 형상의 전극 부재(不在) 부분인 배향 제어 창이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 배향 제어 전극의 전위는 상기 공통 전극과의 실효 전위차가 상기 표시 전극과 상기 공통 전극과의 실효 전위차보다도 작게 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 표시 전극에는, 소정 형상의 전극 부재 부분인 배향 제어 창이 설치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 배향 제어 전극의 전위는 상기 공통 전극과의 실효 전위차가 상기 표시 전극과 상기 공통 전극과의 실효 전위차보다도 크게 되도록 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 제9항에 있어서, 상기 배향 제어 창은 상기 표시 전극의 거의 대각선에 따른 X자형에 대응하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  14. 제11항에 있어서, 상기 배향 제어 창은 상기 표시 전극의 거의 대각선에 따른 X자형에 대응하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  15. 제1항 또는 제10항에 있어서, 상기 배향 제어 전극은 상기 공통 전극과 동전위로 설정되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  16. 행렬 형상으로 배치된 표시 전극 및 상기 표시 전극에 신호를 공급하는 박막 트랜지스터를 갖는 박막 트랜지스터 기판, 공통 전극을 갖는 대향 기판, 및 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 대향 전극 기판의 간극에 주입된 액정을 포함하는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 공통 전극에는, 상기 표시 전극에 대향하는 영역에서 소정 형상의 전극 부재 부분인 배향 제어창이 설치되어 있고, 상기 박막 트랜지스터 기판 및 상기 대향 전극 기판에는 상기 액정을 수직 배향하는 수직 배향막이 설치되고, 또한 상기 박막 트랜지스터 기판 측에는 상기 표시 전극과 절연된 배향 제어 전극이 설치되며, 상기 배향 제어 전극에 상기 표시 전극과 다른 전위를 공급함으로써, 상기 액정의 배향을 제어한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  17. 행렬 형상으로 배치된 표시 전극 및 상기 표시 전극에 신호를 공급하는 박막 트랜지스터를 갖는 박막 트랜지스터 기판, 공통 전극을 갖는 대향 기판, 및 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 대향 전극 기판의 간극에 주입된 액정을 포함하는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 공통 전극에는, 상기 표시 전극에 대향하는 영역에서 소정 형상의 전극 부재 부분인 배향 제어 창이 설치되어 있고, 상기 박막 트랜지스터 기판측에는 상기 표시 전극과 절연된 배향 제어 전극이 설치되며, 상기 배향 제어 전극은 상기 표시 전극의 주변 연부를 둘러싸고 배치되어 있고, 상기 배향 제어 전극에 상기 표시 전극과 다른 전위를 공급함으로써, 상기 액정의 배향을 제어한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  18. 행렬 형상으로 배치된 표시 전극 및 상기 표시 전극에 신호를 공급하는 박막 트랜지스터를 갖는 박막 트랜지스터 기판, 공통 전극을 갖는 대향 기판, 및 상기 박막 트랜지스터 기판과 상기 대향 기판의 간극에 주입된 액정을 포함하는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 공통 전극에는, 상기 표시 전극에 대향하는 영역에서 소정 형상의 전극 부재 부분인 배향 제어 창이 설치되어 있고, 상기 박막 트랜지스터 기판 측에는 상기 표시 전극과 절연된 배향 제어 전극이 설치되며, 상기 배향 제어 전극은 상기 표시 전극 이외의 모든 영역에 근접하여 있고, 상기 배향 제어 전극에 상기 표시 전극과 다른 전위를 공급함으로써, 상기 액정의 배향을 제어한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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