KR100356604B1

KR100356604B1 - 액정표시장치

Info

Publication number: KR100356604B1
Application number: KR1019930018785A
Authority: KR
Inventors: 콘도카쯔미; 테라오히로무; 아베히데토시; 오오타마스유키; 스즈키켄키치; 사사키토오루; 카와치겐시로; 오오와다준이치
Original assignee: 가부시끼가이샤 히다치 세이사꾸쇼
Priority date: 1992-09-18
Filing date: 1993-09-17
Publication date: 2003-03-10
Also published as: US6724455B2; EP0916992A2; US20020063822A1; DE69333323T2; US6341004B1; EP1061404A1; US5598285A; KR940007581A; EP0916992B1; DE69332575T2; EP0588568A2; US20040189923A1; KR100327614B1; EP0588568B1; DE69332575D1; EP0916992A3; DE69333323D1; US6124915A; KR100307942B1; US5737051A

Abstract

액정표시장치는 적절한 전기신호에 의해 광투과성이 변화하는 복수의 화소를 가진다. 상기 액정표시장치는, 액정층(50)에 대략 평행한 방향의 성분을 가지는 전계를 액정층(50)에 인가하는 전극을 가진다. 각각의 화소는, 신호전극(12)과 같이 공통방향으로 연장되는 적어도 하나의 화소전극(1)과 수개의 화소를 걸쳐서 연장하는 공통전극(2)을 가진다. 이 공통전극(2)은, 액정층(50)에 대해서 화소전극(1), 신호전극(12)과 동일한 쪽에 있거나 또는 이에 대향하는 쪽에 있어도 된다. 각각의 화소는 두 개의 화소전극(1)사이에 신호전극(12)을 가진 두 개의 화소전극(1)을 가지고, 또한 한 쌍의 공통전극(2)사이에 화소전극(1)을 가진 공통전극이 있다. 공통전극(2)은 인접한 화소에 공통이다. 화소전극(1) 및 공통전극(2)은 절연막에 의해 분리되어 있다.

Description

액정표시장치

본 발명은 적어도 한 개의 화소, 바람직하게는 복수의 화소를 가지는 액정표시장치에 관한 것이다.

표준액정표시장치에서는, 화소는 평면으로 연장되어 있는 액정층이고, 액정층의 평면에 평행한 적어도 1개의 편광수단이 있다. 적절한 전극을 사용하여 액정층에 전기신호를 인가함으로써, 액정층을 통과한 편광의 편광각을 변경할 수 있다. 따라서, 이들의 전기신호를 변화시킴으로써, 적어도 한 개의 편광수단에 관계되는 편광의 변화에 의해 액정표시소자의 광투과율을 변경할 수 있다. 일반적으로, 이와 같은 액정표시장치에서는, 액정층의 양측의 각각에 한 개씩 2개의 편광판에 의해서 편광수단을 형성할 수 있지만, 액정층의 한쪽위에는 1개의 편광판을 배치하고 액정소자의 다른쪽위에는 반사소자를 배치한 구성으로 될 수도 있다.

표준액정표시장치는, 액정층의 평면에 수직하는 전극에 의해 전계를 발생한다. 따라서, 전계에 기인한 액정층의 변화가 가시화되는 경우에는, 이들의 전극의 크기를 크게할 필요가 있고, 따라서 투명전극을 사용하여야 한다. 또한, 액정층의 각각의 측면위의 투명전극과 액정자체사이에 적어도 두 개의 층이 정상적으로 필요하다. 한쪽의 층은 액정층에 대한 배향층을 형성하지만, 배향층과 투명전극 사이에 또다른 절연층이 필요하다.

국제특허출원번호 PCT W09l/I0936호에서는, 액정층의 평면에 평행한 방향의 성분을 가지는 전계를 발생하도록 전기신호를 액정층에 인가하는 액정표시장치가 개시되어 있다. 이와 같은 평행전계성분에 의해 액정층의 분자의 재배향을 발생 시킴으로써, 액정표시장치의 광투과성을 변화한다.

PCT W09l/10936호에서는, 이와 같은 전계를 인가한 전극은, 각각의 화소에 대해서, 다른 전극에 의해 형성된 빗살사이의 공간을 연장하는 한 개의 전극에 의해 빛의 형상으로 형성된 빗살인 것이 제안되었다. 빗살형상의 각 전극은 전기적으로 공통으로 접속되고, 전압이 전극사이에 인가되었다.

또한, JP-B-63-2l907(1988)에도, 액정층의 평면에 평행한 방향의 성분을 가지는 전계를 발생하도록 전기신호가 액정층에 인가되는 액정표시장치가 개시되었다. PCT W09l/10936호에서와 같이, 상기와 같은 전계를 인가하기 위한 전극은, 각 화소에 대해서, 빗의 형상으로 되었다. 또한 빗형상의 전극을 사용한 것이 미국특허명세서 제 4,345,249호에 개시되었다.

이들의 공지된 각각의 구성에서는, 각각의 화소는, 한쪽의 빗살이 다른쪽의빗살사이에 연장되어 있는 상태로, 빗형상의 제 1, 제 2전극을 가진다. 다음에, 적정한 제어회로에 의해 전극에 전압을 인가한다. 빗살형상의 전극은 전기적으로 독립되어 있지 않으며, 따라서 화소의 크기가 빗살형상의 전극의 크기에 의해 결정된다.

빈살형상의 전극을 가진 이와 같은 장치의 동작원리는, 응용물리학의 정기간행물 l974년 12월호 45권 5466페이지 내지 5468페이지에 R, A Soref씨에 의한 "상호디지틀전극에 의해 얻은 네마틱액정의 필드효과"라는 표제의 기사와, 1974년 12 월호 the Proceedings of the IEEE 1710페이지 내지 l711l페이지애 R. A Soref씨에 의한 "상호디지틀의 비틀림네마틱표시"라는 표제의 기사에서 검토되었다.

상기 기사애서 검토된 표준액정표시장치에서는, 두 개 기판의 대면하는 표면상에 형성된 투명 전극을 사용하여야 한다. 그러나, 이와 같은 투명전극을 형성하기 위해서는 스퍼터링등의 진공제조방법을 사용하여야 하고, 따라서 상기 표준액정 표시장치의 제조단가가 상승한다. 또한, 이와 같은 투명전극은 수직방향으로 기 수십nm의 오더의 기하학적인 불규칙성을 가지고 있기 때문에, 전극을 신호로 제어할 필요가 있는 박막트랜지스터와 같은 활성소자를 정확하게 제조할 수 없다는 것을 알았다. 또한, 상기 투명전극의 일부가 박리되어서, 점 또는 선의 결함이 발생하는 것을 알았다. 따라서, 신뢰성이 있고 가격이 저렴한 액정표시장치를 제조하는 것이 어렵다는 것을 알았다.

또한, 이와 같은 종래의 액정표시장치는 화질에 대해서도 불리한 점을 가지고 있다. 투명전극이 수직방향으로 기하학적인 불규칙성에 대한 문제는 상기한 바와 같지만, 제어트랜지스터의 주위에 동일한 불규칙성 때문에 그 주변에서 배향 결함영역이 발생하고, 이와 같은 트랜지스터소자를 보호하기 위해 차광막이 필요하고, 액정표시장치의 광의 이용효율이 저하된다. 또한, 종래의 액정표시장치는, 시각을 변화시킬때에 휘도의 변화가 현저하고, 어느시각에서는 제조레벨의 반전이 중간계조표시에서 발생하는 불리한 점을 가지고 있다.

상기한 바와 같이, 빗형상전극을 사용함으로써 투명전극의 필요성이 증명되었지만, 그 이상의 문제점이 발견되었다. 상기한 빗형상의 전극의 사용에 의해 이론적인 이점이 있지만, 빗형상의 전극을 사용할때에 고려되어야 하는 실제적인 이유에 의해서 이론적인 이점이 제한된다. 빗살형상의 전극이 1∼2㎛의 폭을 가지는 경우, 만족스러운 실제적인 동작을 달성할 수 있다. 그러나, 결함없이 큰 기판에 대해서 상기한 바와 같은 미세한 빗살을 형성하는 것은 상당히 곤란하며, 실제적으로는 상대적으로 넓은 빗살형상의 전극을 형성하여야 하기 때문에 액정표시장치의 구경율이 감소된다. 따라서 구경율과 생산수율 사이에 바람직하지 않은 트레이느오프(trade-off)가 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은, 상기한 바와 같은 공지된 액정표시장치보다 대량생산에 한층 더 적합한 액정표시장치를 제공하는 데 있다. 본 발명은 여러개의 측면에서 설명될 수 있다.

본 발명에 의한 액정표시장치에서는, 모든 측면에 대해 공통되는 특징이 있다. 액정표시장치는 액정층과 1개 이상의 편광수단을 가지고, 편광수단은 일반적으로 액정층의 대향측면상에서의 한쌍의 편광판이다. 액정표시장치는 한 개이상의 화소, 일반적으로 복수의 화소를 가지며, 액정표시장치에 의해 광투과율을 제어하는 전기신호를 수신하는 전극이 있다. 예를 들면 상기 JP-B-63-2l907호(1988)에 개시되어 있는 바와 같이 액정층의 평면에 평행한 성분을 가지는 전계를 액정층에서 발생하도록 전기신호를 인가한다. 본 발명의 여러측면에 대해서 이하 설명하고, 다음에 화소의 전극배열과 재료, 액정표시소자의 재료의 광학배열에 대해 설명한다.

본 발명의 제 1측면에서는, 각각의 화소는 화소내에서 제 1방향으로 연장된 화소전극을 가지고, 또한 여러개의 화소에 대해서 동일한 방향으로 연장된 신호선전극이 있다. 또한, 화소 중 어느 한 개이상에 대해서 제 1방향으로 연장되는 공통전극이 있다.

각 화소마다 한 쌍의 화소전극이 있고, 다음에 신호선 전극이 각 화소에서 한쌍의 화소전극사이에 연장된다. 다음에 한쌍의 공통전극이 있고, 한쌍의 화소전극은 그 사이에 있고, 따라서 전계는 각 화소마다 대향하는 방향으로 발생된다.

바람직하게 모든 전극은 액정층의 동일한 쪽위에 있으며, 또한 공통전극이 다른 전극의 액정층의 대향측면상에 있는 배열이 가능하다. 어느 경우에도, 각 화소마다 공통전극과 화소전극사이에 절연재료가 있는 경우, 용량소자가 그 사이에 형성된다.

실제로는, 각각의 공통전극의 대향측면상에 화소전극과 상호작용함으로써 두개의 인접한 화소에 대해 공통전극을 공통하는 것이 가능하다.

본 발명의 제 2측면에서는, 각각의 화소는 제 1방향으로 연장된 트랜지스터 소자를 가지도록 고려될 수 있고, 연장된 트랜지스터소자는 적어도 한 개의 연장된전극을 가진다. 또한, 연장된 트랜지스터소자와 동일한 방향으로 연장된 1개이상 의 공통전극이 있다. 상기 제 2측면에서는, 절연막에 의해 한 개이상의 연장된 트랜지스터의 연장된 전극과 1개 이상의 공통전극으로 분리된다.

본 발명의 제 3측면에서는, 각각의 화소는 1방향으로 연장된 트랜지스터소자와, 동일한 방향으로 연장된 1개이상의 공통전극을 다시 가진다. 연장된 트랜지스터소자는 1개이상의 연장된 전극을 가지고, 연장된 전극에 대해서 연장되고 또한 1개 이상의 연장된 전극과 직접 접촉하는 절연막이 있다. 또한, 절연막은 액정층에 직접 접촉한다. 바람직하게, 절연막은 유기중합체이다.

본 발명의 제 4측면에서는, 각각의 화소는, 한쌍의 제 1전극(화소전극), 제 1전극사이치 신호전극 및 게이트전극을 가진 트랜지스터소자를 형성하도록 고려될수 있다. 제 1, 제 2전극은, 한쌍의 공통전극과 같이 공통방향으로 연장된다.

다음에 트랜지스터소자는 한쌍의 공통전극사이에 있다. 상기한 바와 같이, 공통 전극과 트랜지스터소자는 액정층의 동일한 쪽위에 있거나 대향하는 쪽위에 있다.

본 발명의 제 5측면에서는, 화소의 한쌍의 공통전극의 각각은 상기 어느 화소에 인접한 화소의 상기 한쌍의 공통전극중 대응하는 화소를 형성한다.

상기한 본 발명의 5개의 측면은 모두 액정표시장치의 전극배열에 관한 것이다. 이하 설명하는 본 발명의 측면은 액정표시장치의 광학배열과 재료에 관한 것이다.

본 발명의 제 6측면에서는, 액정층의 대향면에서의 분자의 배향방향과 액정층의 평면에 평행한 방향의 전계성분사이의 각이 동일하고, 액정층의 두께와 액정층의 굴절율 이방성이 0.21㎛∼0.36㎛사이에 있다.

본 발명의 제 7측면에서는, 액정층의 대향면에서의 분자의 배향방향과 액정층의 평면에 평행한 방향의 전계성분사이에 이루는 각의 절대값의 차이가 80° 이상 100° 미만이고, 액정층의 두께와 액정층의 굴절율 이방성이 0.4㎛~0.6㎛사이에 있다.

본 발명의 제 8측면에서는, 액정층의 유전율이방성이 정(+)이고, 액정층의 표면에서의 분자의 배향방향과 액정층의 평면에 평행한 방향의 전계성분사이에 이루는 각의 절대값이 90° 미만 45° 이상이다.

본 발명의 제 9측면에서는, 액정층의 유전율이방성은 부(-)이고, 액정층의 표면에서의 분자의 배향방향과 상기 액정층의 평면에 평행한 방향의 전계성분사이에 이루는 각의 절대값이 0° 이상 45° 미만이다.

본 발명의 제 10측면에서는, 액정층의 유전율이방성은 정(+)이고,ⓘ 액정층의 표면에는의 분자의 배향방향과 상기 액정층의 평면에 평행한 방향의 전계성분사이에 이루는 각 및 ⑪ 1개 이상의 편광판의 편광축과 상기 액정층의 평면에 평행한 방향의 절제성분에 이루는 각 사이의 차분은 3° ∼15° 이다.

본 발명의 제 11측면에서는, 액정층의 유전율이방성이 부(-)이고ⓘ 1개 이상의 편광판의 편광축과 상기 액정층의 평면에 평행한 방향의 전계성분 사이에 이루는 각 및 ⑪ 상기 액정층의 평면에 평행한 방향의 전계성분과 액정층의 표면에서의 분자의 배향방향사이에 이루는 각 사이의 차분은 3° ∼15° 이다.

본 발명의 제 12측면에서는, 상기 액정층의 평면에 평행한 상기 액정층의 표면에서의 액정층의 분자의 배향방향과 상기 표면사이에 이루는 각은 4° 미만이다.

본 발명은 여러측면을 상기한 바와 같이 설명하였지만, 본 발명을 구체화하는 액정표시장치는 상기한 측면의 조합으로 이루어질 수 있다. 조합의 결과에 따라서, 본 발명은 액정표시장치의 제조와 동작의 이점을 제공하고, 상기 이점에 대해서 후에 상세하게 설명한다.

본 발명의 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하면서 일예로서 상세하게 이하 설명한다.

본 발명의 실시예를 설명하기 전에, 본 발명의 기본을 이루는 일반적인 이론에 대하여 설명한다.

우선 제 6도에 도시한 바와 같이, 전계방향에 대한 편광판의 편광투과측에 이루는 각을 Ø_P로 가정하고, 전계에 대한 계면근방에서의 액정분자의 장축(광학축)에 이루는 각을 Ø_LC로 가정하고, 전계에 대한 한쌍의 편광판 사이에 삽입한 위상차판의 진상축에 이루는 각을 Ø_R로 가정한다. 일반적으로 한쌍의 편광판과 액정계면, 예를 들면, 상,하판과 계면이 있고, 이것은 Ø_Pl, Ø_P2, Ø_LCl, Ø_LC2로 나타난다.

제 6도는 후술하는 제 1도의 평면도에 대응한다.

디음에, 본 발명의 실시예의 동작에 대하여 제 1도(a)∼제 1도(d)를 참조하면서 설명한다.

제 1도(a)와 제 1도(b)는 본 발명에 따른 액정표시장치의 동작을 나타내는 측단면도이다. 제 1도(c)와 제 1도(d)는 액정표시장치의 정면도이다. 제 1도 (a)∼제 1도(d)에서, 박막트랜지스터소자를 생략한다. 본 발명에서는, 줄무늬상의 전극을 사용해서 복수의 화소를 형성하지만, 제 1도(a)∼제 1도((d)는 1화소(1셀)만의 구조를 도시한다. 전압을 인가하지 않을때의 셀의 측단면을 제 1도(a)에도시하고, 그때의 정면도를 제 1도(c)에 도시한다.

투명한 한쌍의 기판(3)의 내면쪽에 선상의 전극(1),(2)이 형성되고, 배향제어막(4)이 그 위에 도포 및 배향처리되어 있다. 액정은 한쌍의 기판(3)사이에 협지된다. 봉상의 액정분자(5)는, 전압이 인가되지 않을때에는 전극(1),(2)의 세로 방향에 대해서 다소의 각도, 즉 45도≤Ø_LC<90도를 가지도록, 배향된다. 상,하계면상에서의 액정분자의 배향방향이 서로 평행한 것으로 가정하여 설명한다. 즉 Ø_LC1=Ø_LC2로 가정하여 설명한다. 또한 액정의 유전율이방성이 정(+)인 것으로 가정하다.

전계(7)가 인가될때에, 액정분자(5)는 액정분자의 방향이 변화하여 제 1도(b)와 제 l도(d)에 도시한 바와 같이, 전계(7)의 방향으로 정렬된다. 특정한 각 도(9)로 편광판(6)을 배열함으로써, 전압을 인가할때에 광투과율을 변화시킬 수 있다. 따라서, 투명전극을 사용함이 없이 콘트라스트를 가지는 표시를 제공할 수 있다.

제 1도(b)에서, 기판표면과 전계방향사이에 이루는 각도는 크게 보이고, 기판에 평행하지 않은 것처럼 보인다. 이것은 제 1도(b)에서의 두께방향을 확대한 결과이고, 실제로는 20° 이하이다.

다음 설명에서는, 경사가 20° 미만인 전계를 총칭해서 횡전계로 표시한다.

제 1도(a)와 제 1도(b)는 전극(1),(2)이 각각 상,하기판상에 분리되어 형성된다.

그러나, 한 개의 기판상에 전극을 배열하여도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 배선 패턴이 극히 미세하기 때문에 종래예는 열과 외력에 의해 변형될 수 있지만, 본 발명에서는 한층 더 정밀한 배열을 할 수 있기 때문에 한 개의 기판상에 전극을 배열하는 것이 바람직하다.

액정의 유전율이방성을 양(+)으로 가정하고 있지만, 음으로 하여도 된다.

이 경우에는, 액정의 초기배향상태를 액정분자가 전극(1),(2)의 세로방향에 수직인 방향(전개의 방향(7))에 대해서 다소의 각도 ｜Ø_LC｜(즉, 0도( ｜Ø_LC｜≤45도))를 가지도록, 설정한다.

본 발명에 의해 달성된 이점에 대하여 이하 설명한다.

(1) 제 l의 이점은 투명전극을 사용함이 없이 향상된 콘트라스트를 달성할수 있는 것이다.

콘트라스트를 부여하는 두종류의 구성이 있다. 하나는 상,하기판(3)상의 액정분자(5)의 배향이 서로 거의 평행한 모드이다(복굴절위상차에 의한 간섭색을 이용하기 떼문에, 이 모드는 복굴절모드로 칭한다). 다른 구조는 상,하기판상의 액정분자의 배향방향이 서로 교차해서 셀내에서의 분자배열이 비틀리는 모드를 가진다(액절조성물층내에서 편광면의 회전에 의해 생성된 선광을 이용하기 때문에, 이 모드는 선광성모드로 칭한다).

복굴절모드에서는, 전압을 인가할때에, 분자의 장축(8)(광학축)은 기관계면에 거의 평행한 정면의 방향을 변화하고, 특정한 각도로 설정된 편광판(제 1도(a)와 제 l도(t))에 도시되지 않음)의 축에 대해서 각이 변화한다. 결과적으로, 광투과율이 변화한다.

선광성모드에서도, 마찬가지로 전압을 인가할때에 동일정면내에서 분자의 장축의 방향만이 변화한다. 그러나, 이 모드는 선이 풀어지는 것같은 선광성의 변화를 이용한다.

다음에, 표시를 무채색으로 하고 콘트라스트비를 증가하는 구조에 대해서, 이하 복굴절모드를 이용한 경우와 선광성모드을 이용한 경우로 나누어서 이하 설명한다.

1. 복굴절모드에서의 표시

일반적으로, 단얼룩의 복굴절성매체를 직교배치한 2매의 편광판사이에 삽입 할때에, 광투과율(T/To)은 이하와 같이 표현한다.

T/To = sin²(2Xerr) · sin₂(πd_eff· △n/λ) ‥‥방정식(1)

방정식(1)애서, X_eff는 액정조성물층의 광축의 유효방향이고(광축과 편광투과축사이의 각), (d_eff는 복굴절성을 가지는 액정조성물층의 유효두께이고, △n은 굴절률이방성이고,λ는 광의 파장이다. 실제의 셀내에서는 액정분자가 계면상에서 고정되고, 전계가 인가될 때, 셀내에서의 모든 액정분자는 평행하고, 1방향으로 균일하게 배향된다. 특히, 계면근방에서는 크게 변형된다. 따라서, 이 상태의 평균치로서 외관의 균일상태를 가정하는 것이 편리하다. 방정식(1)에서, 액정조성물층의 광축방향에 대해서 유효값을 사용한다.

저전압(V_L)을 인가할때에 표시가 어두운 상태를 나타내고 고전압(V_H)을 인가 할때에 표시가 밝은 상태를 나타내는 정규적인 폐쇄특성을 얻기 위하여, 편광판은 한쪽의 편광판의 광투과축이 액정분자의 배향방향(러빙축)에 거의 평행으로 되도록 즉 Ø_P2≒Ø_LC1≒Ø_LC2으로 되도록, 배열되어야 한다. 다른쪽의 편광판의 광투과축이 제 l축에 수직인 즉 Ø_P2=Ø_Pl+90° 가 된다. 전계를 인가하지 않을때에는, 방정식(1)의 X_eff가 0씨기 때문에, 광투과율(T/T_O)도 0으로 된다. 한편, 전계를 인가 할때에는, 전계의 강도에 따라서 X_eff의 값은 증가하고 45° 일때에 최대로 된다.

다음에, 광파장을 0.555㎛로 가정하면, 무채색에서 광투과율을 최대로 하기 위하여 d_eff△n의 실효값은 ½파장인 0 28㎛로 설정하여야 한다. 그러나 실제로는 값의 여유가 있고, 0.21㎛와 0.364㎛사이의 값이 적절하며, 0 24㎛와 0 33㎛사이의 값이 바람직하다.

한편, 저전압(V_L)을 인가할때에는 표시가 밝은 상태로 되고, 고전압(V_H)을 인가할때에는 표시가 어두운 상태로 되는 정규적인 개방특성을 얻기 위하여, 편광판은 전계가 인가되지 않거나 낮은 강도의 전계를 인가할때에 방정식(1)의 X_eff가 거의45° 로 되도록 배치하여야 한다. 전계를 인가할때에, X_eff의 값은 정규적폐쇄 특성의 경우와는 반대로 전계강도에 따라 감소한다. 그러나, X_eff가 최소(즉, 0)인 경우에는 계면근방에 고정되어 있는 액정분자의 잔류위상차가 있기 때문에, 광의 중요한 양이 이 조건하에서 누설된다.

본 발명의 발명자에 의해 행한 실험에서는, d · △n의 값이 0.27과 0.37사이에 설정되었고, 3∼10V의 유효전압을 인가하였던 시험에서, 계면상의 잔류위상차는 0.02∼0.06㎛이었다. 따라서, 계면잔류위상차를 보상하기 위하여 0.02∼0.064㎛정도의 복굴적위상차(이 위상차는 R_f로 나타냄)를 가지는 위상차판을 삽입함으로써, 어두운 상테는 더욱 어두운 상태로 되어 높은 콘트라스트비가 부여된다. 위상차 판의 진상축의, 각도( Ø_R)는, 전압인가시의 액정조성물층의 실효적인 광축(X_eff)에 편행으로 설정된다.

어두운 상태를 가능한 한 어두운상태로 형성하기 위해서는, 어두운 상태를 나타내는 전압을 인가할때에 발생하는 잔류위상차에 정밀하게 위상전상축의 각을 정렬시켜야 한다. 따라서, 어두운 상태를, 밝은상태의 투과율 및 백색도의 증가된 레벨과 양립시키기 위해서, 다음 관계식을 충족하여야 한다.

0.21㎛<(d · △n-R_f)<0.36㎛ ‥‥방정식(2)

또한 더욱 바람직하게는,

0.23㎛<(d · △n-R_f)<033㎛ ‥‥방정식(3)

11. 선광성모드에서의 표시

종래의 비틀거림네마틱(TN)장치에서는, d · △n의 값이 0.50㎛의 근방으로 설정 된때에, 제 1최소조건, 고투과율 및 무채색을 얻을 수 있다. 0.40∼0.6㎛의 범위의 값으로 설정하는 것이 바람직하다는 것을 알았다. 한쪽의 편광판의 투과축(또는 흡수축)을 개면상의 액정분자의 배향방향(러빙축)에 거의 평행으로 되도록, 즉 Ø_LCl≒ Ø_LC2로 되도록 편광판을 배치한다. 정규적폐쇄형 장치를 실현하기 위해서는, 다른쪽의 편광판의 투과축을 액정분자의 배향방향에 평행하게 설정하고, 정규적개방형에 대해서는 편광판의 투과축을 배향방향에 수직으로 설정한다.

선광성을 제거하기 위하여, 상,하기판계면근방에서의 액정분자의 배향방향이 상호간에 거의 평행으로 되도록 설정할 필요가 있다. 90° TN모드로 가정하면, 한쪽의 기판상의 액정분자를 거의 90° 로 회전시키지 않으면 안된다. 그러나, 복굴절모드에서 표시할때에는 액정분자는 45° 정도만 회전하면 된다. 또한, 복굴절모드는 보다 낮은 한계 값을 가진다.

(2) 제 2의 이점은 시각특성을 개선하는 점이다.

표시모드에서는, 액정분자의 장축은 항상 기판에 거의 평행이고 기판에 수직하지 않기 때문에, 시각이 변화할때에 휘도의 작은 변화만 있다. 이 표시모드는, 종래의 표시장치의 경우에서와 같이 전압을 인가하여 복굴절위상차를 거의 0으로 형성하는 것에 의해서가 아니라, 액정분자의 장축과 편광판의 축(흡수축 또는 투과축)사이의 각도를 변경시킴으로써, 어두운 상태를 부여하다. 따라서, 본 발명의 표시모드는 종래장치의 표시모드와 근본적으로 상이하다.

액정분자의 장축이 기판계면에 수직이 되는 액정표시장치의 종래의 수형에서는, 정면, 즉 기판계면에 수직하는 시각방향에서만 복굴절위상차가 0으로 된다.

상기 방향으로부터 근소하게 경사하여도 복굴절위상차가 발생하고, 정규적인 개방형의 경우에 광이 누설되어 콘트라스트의 저하나 계조레벨의 반전을 초래한다.

(3) 제 3의 이점은 배향막의 재료와 액정재료의 선택에 대한 자유도를 개선하고, 따라서 관계되는 프로세스에 대한 이유를 증가할 수 있다.

액정분자는 입상으로 되지 않기 때문에, 종래의 디바이스에서 사용되었던, 경사각(액정분자의 장축과 기판의 계면사이에 이루는 각)을 크게 형성하는 배향막은 더 이상 필요하지 않다. 종래의 액정표시장치에서는, 경사각이 불충분할때에, 경사방향이 상이한 두 개의 상태 및 이 두 개의 상태를 경계하는 영역이 발생하고, 표시결합이 될 가능성이 있다. 이와 같은 경사각을 부여하는 대신에, 본 발명의 표시방식은, 기판계면상에 액정분자의 장축방향(러빙방향)을 전계방향에 대해서 0° 또는 90° 상이한 특정한 방향으로 설정할 수 있다.

예를 들면, 액정의 유전율이방성이 부(-)일때에, 전계방향과 기판계면상에서의 액정분자의 장축방향사이에 이루는 각(Ø_LC)(Ø_LC>0)이 0° 를 초과하여야하고, 정규적으로는 0.5° 이상이고, 바람직하게는 2° 이상이다. 각도를 정확하게 0° 로 설정하면, 방향이 상이한 두종류의 변형이 발생하고, 상이한 두 개의 상태와 이것의 경계부의 영역이 발생하고, 표시품위의 저하가 발생될 가능성이 있다. 각도를0 5° 이상으로 설정하면, 액정분자의 외견상장축방향(Ø_LC(V))은 전계의 강도를 증가시킴에 따라 균일하게 증가하고, 장축이 역방향으로 경사(즉, Ø_LC(V)<0)를 이룰 가능성은 없다.

본 방식에서는, 계면과 액정분자사이에 이루는 각도가 작은 경우에 어떤 영역도 발생하지 않기 때문에, 상기 각도가 작은 값을 가지도록 설정할 수 있다.

경사각이 작을수록, 러빙에 대한 프로세스의 여유를 더욱더 개선할 수 있고, 따라서, 액정분자배향을 균일하게 한다. 따라서, 계면에 평행으로 전계를 공급하는 본 방식에 경사를 낮게하는 기술을 조합할때에, 액정분자의 배향은 한층 더 균일하게 되고, 제조공정에서 동일한 크기의 변동이 있는 경우에도 종래방식에 비해서 표시변동을 저하시킬 수 있다.

일반적으로, 작은 경사각을 부여하는 것보다 높은 경사각을 발생하는 수종류의 배향막이 있다. 본 방식은 배향막재료의 선택에 대한 자유도를 높인다. 예를들면, 컬러필터에 대한 평탄화막과 박막트랜지스터에 대한 보호막에 유기중합체를 사용하고, 이것으로 러빙 등의 표면배향처리를 직접 행할때에, 경사각을 형성할 필요가 없기 때문에 배향막과 동시에 유기막을 용이하게 사용할 수 있다. 따라서, 공정을 간단하게 할 수 있고 제조단가를 저감시킬 수 있다. 제조공정의 변동에 의한 표시의 불균일함을 제거하기 위하여, 경사각을 4° 이하로 설정하는 것이 바람직하고, 2° 이하로 설정하는 것은 더욱 더 바람직하다.

또한, 액정재료의 선택에 대한 자유도는, 이하 설명하는 바와 같이, 향상될수 있다.

본 발명에서는, 화소전극과 공통전극은, 기판의 계면에 일반적으로 평행한 전계를 액정조성물층에 인가하는 구조를 가질 수 있다. 전극사이의 거리는, 종래의 수직전계액티브매트릭스형 액정표시장치의 상호 대면하는 투명전극사이의 거리보다 길도록, 선택될 수 있다. 전극의 동일 단면적을 종래 배열의 단면적보다 작게할 수 있다. 따라서, 본 발명의 한쌍의 화소전극사이의 전기저항은 종래의 액티브매트릭스형 액정표시장치의 상호대면하는 투명전극의 전기저항보다 상당히 크게 할 수 있다.

또한, 본 발명의 화소전극과 공통전극사이의 정전용량은 용량소자와 평행하게 접속할 수 있고, 전기저항이 높은 용량소자를 얻을 수 있다. 따라서, 화소전극에 축적되는 전하는 쉽게 유지될 수 있고, 용량소자의 면적이 감소하는 경우에도 충분히 유지하는 특성을 달성할 수 있다. 용량소자의 면적이 구경율을 감소시키므로 가능한한 작게할 수 있다.

종래에는 액정조성물은 극히 높은 비저항, 예를 들면 10¹²Ω㎝을 가진다.

그러나 본 발명에 의하면, 어떠한 문제점이 발생함이 없이 , 종래의 것보다 비저항이 낮은 액정조성물을 사용할 수 있다. 이것은 액정재료의 선택에 대한 자유도를 증가시킬 수 있을 뿐만 아니라, 처리에 대한 여유도 증가시킬 수 있다. 즉, 액정이 처리중 오염되는 경우에도 표시품위의 결함이 거의 발생하지 않는다. 따라서, 이전에 설명한 배향막을 가진 계면에서의 변동에 대한 여유가 증가하게 되어,계면에서 발생하는 결함이 거의 없다. 결과적으로, 검사와 에이징(ageing)과 같은 공정을 상당히 단순화 할 수 있고, 또한 본 발명은 박막트랜지스터형 액정표시 장치의 단가를 상당히 저렴하게 하는데 공헌할 수 있다.

본 발명은 화소전극이 공지된 빗형상의 전극보다 단순한 형상을 가지도록 하기 때문에, 광의 이용율을 높힐 수 있다. 충분한 전하량을 축적할 수 있는 용량 소자를 얻는 종래의 방식에서와 같이 어느정도의 구경율을 희생시킬 필요가 있다.

박막트랜지스터를 보호하는 유기조성물로 대치함으로써, 무기조성물을 사용할때보다 유전율을 낮게할 수 있고, 기판의 계면의 수직방향으로 화소전극의 근방에서 발생한 전계성분을 축방향의 전계보다 작도록 억제할 수 있다. 결과적으로 액정이 한층더 넓은 영역에서 동작할 수 있다. 또한, 휘도의 향상에 기여할 수 있다.

공통전극이 인접한 화소전극에 대한 전극으로 공통으로 사용될때에, 종래의 액티브매트릭스형 액정표시장치에서의 공통전극과 동일한 방식으로 작동하지만, 종래의 구조에 비해서 구조를 한층더 간단하게 할 수 있고, 구경율을 한층더 증가시킬 수 있다.

액정, 배향막 및 절연체에 대한 재료선택의 자유도를 증가시킬 수 있기 때문에, 비저항과 유전율의 곱이 액정의 재료의 곱보다 크게 되도록 용량소자의 절연재료를 선택할 수 있다. 다음에, 주사배선구동수단으로부터의 구동신호출력의 1수직주사주기를 용량소자의 절연체의 유전율과 비저항의 곱에 의해서 표현되는 시정 수보다 짧게 설정할 수 있다. 따라서, 화소전극에서의 전압변동을 충분히 작은 값으로 감소시킬 수 있다.

(4) 제 4의 이점은, 구경율이 높고 단순한 구조를 가진 박마트랜지스터를 완성하여 휘도를 향상시키는 것이다.

JP-B-63-21907호(1988)에 개시된 바와 같은 빗형상의 전극을 사용할때에, 박막트랜지스터를 포함한 화소의 구조를 살펴본다. 상기의 발명은 구경율이 지나치게 감소하고, 휘도가 낮은 문제점이 있다. 대량생산을 위해서는, 빗살형상의 전극의 필요한 폭은 8㎛정도이고, 적어도 4㎛이상이어야 한다. 따라서, JP-B-63-21907호(1988)의 제 7도에 도시된 바와 같은 17개의 빗살전체를 가지는 구조로 대각선의 길이 9.4인치(23.9㎝)의 컬러VGA급에 대한 0.3×0.1㎟의 화소를 형성하는 것이 불가능하다.

본 발명은, 상기한 이점(1),(2)을 잃지않으면서, 충분한 구경율을 유지하도록 한다. 불가피하게 구경율이 감소하는 빗형상의 전극과 같은 구조대신에, 한층 더 간단한 전극구조에 의해 높은 구경율을 실제로 달성할 수 있다.

상기한 본 발명의 제 1측면은, 공통전극이 기판의 상호대면하는 계면상에 형성하거나 화소전극이 동일층위에 형성되는 구조에 관련된 것이다. JP-B-63-2l905호(1988)에서는, 신호배선과 공통전극의 방향은, 빗형상의 전극을 형성하기 위하여, 서로 직각으로 교차한다. 즉, 신호배선은 제 1방향(Y방향)으로 연장되고, 또한 공통전극은 제 1방향에 수직한 방향(X방향)으로 연장된다. 한편, 본 발명은 공통방향으로 모두 연장된 신호배선, 화소전극 및 공통전극을 가짐으로써 뎃형상의 전극과 같은 복잡한 구조를 피할 수 있다. 액정의 한계전압을 감소하고 응답시간을 단축하기 위하여, 화소전극과 공통전극사이의 간격을 좁게하는 것이 바람직하고, 한쌍의 공통전극사이의 화소와 신호배선전극을 위치고정하는 것이 또한 유효하고, 빗형상치 전극과 같은 복잡한 구조를 사용할 필요가 없다.

또한, 본 발명의 제 2측면은 화소전극과 공통전극을 절연층에 의해 서로 분리된 상이한 층으로 형성함으로써, 구조를 단순하게 하고 구경률을 증가시킬 수 있다. 본 발명의 상기 측면은, 화소전극과 공통전극이 분리된 층으로 형성된다는 점에서 JP-B-63-2l907호(1988)와 근본적으로 상이하다. 이것에 대한 한가지 이점은, 축방향의 전계방식의 사용에 의해 감소된 부가적인 용량소자에 대한 영역을 더욱 감소시킬 수 있는 것이다. 따라서, 절연막에 의해 분리된 공통전극과 화소전극이 분리된 층으로 되어 있기 때문에 공통전극과 화소전극의 중복이 가능하고 부하용량을 중첩영역에 형성할 수 있다. 중첩부분을 공통전극에 대한 배선의 일부로 사용할 수 있다. 따라서, 용량소자를 형성하기 위하여 화상의 일부를 희생시킬 필요는 없으므로, 화소에 대한 구경율을 더욱 증가시킬 수 있다.

각 화소의 설계에 따라서, 복수의 용량소자를 형성할 수 있다. 따라서, 전압유지특성을 상당히 개선할 수 있고, 액정의 심각한 오염과 박막트랜지스터의 오프저항의 저하가 발생되어도, 화상품질의 열화가 거의 발생되지 않는다. 또한, 화소전극과 공통전극사이에 형성된 절연막을 동일층에 주사배선의 게이트절연막(게이트선)으로서 공통으로 사용할 수 있다. 따라서, 더 이상의 막을 형성할 필요가 없고, 분리층을 형성하기 위한 공정단계가 필요하지 않다.

화소전극과 공통전극사이의 절연막의 삽입에 의해 형성된 분리층은 또 다른이점을 가지고 있다. 예를 들면, 화소전극과 공통전극사이에 절연막이 존재함으로써, 화소전극과 공통전극사이에서 회로가 단락되는 결함의 가능성을 상당히 감소 시킬 수 있고, 따라서 화소결함의 가능성을 줄일 수 있다.

공통전극과 화소전극은 구경율이 가능한 한 크도록 형성하는 형상을 가지는 것이 바람직하다. 화소전극 또는 공통전극은 링형상, 십자형상, T문자형상, Ⅱ문자형상, Ⅰ문자형상 및 사다리형상의 그룹으로부터 선택된 평탄한 형상을 가진다.

선택된 형상을 적정하게 결합함으로써, 빗형상의 전극을 사용하는 경우와 비해서 구경율을 상당히 증가시킬 수 있다.

공통전극과 화소전극사이에 절연막으로 분리된 층이 있기 때문에, 서로 중복되는 형상을 가지는 전극을 형성할 수 있으므로, 본 발명은 구경율을 증가시킬 수 있다. 공통전극은 표면이 자기산화막 또는 자기질화막으로 피복된 금속전극으로 구성될때에, 2개의 전극이 상호중첩하는 경우에도 공통전극과 화소전극사이의 회로가 단락되는 결함을 방지할 수 있고, 따라서 높은 구경율과 화소결함의 방지가 양립될 수 있다.

본 발명의 실시예에 대하여 이하 상세하게 설명한다.

제 1실시예

제 2도(a)와 제 2도(b)에 도시된 제 1실시예에서는 표면을 연마하고 두께가 1.l㎜인 두 유리기판(제 2도(a) 또는 제 2도(b)에는 도시되지 않고, 제 1도(a)∼제 1도(d)에 도시되어 있음)을 사용하였다. 이 기판사이에 정(+)유전률이방성(△∈)이 4.5고 또한 복굴절율(△n)이 0.072(589nm, 20℃)인 네마틱액정을 협지한다.

기판표면상에 도포한 폴리이미드배향제어막을 러빙처리해서 3 5도의 프리틸트(pretilt)각을 생성한다. 상,하 제면의 러빙방향은 거의 평행하고 인가전재의 방향에 대해서 85도의 각도(Ø_LCl=Ø_LC2=85° )로 하였다.

액정을 밀봉할때에 갭이 4.5㎛가 되도록 기판사이에 구형중합체비드(spherical polymer beads)를 분산함으로써 갭(d)을 형성하였으며, 따라서, △n d는 0 324㎛이었다. 합성구조를 2개의 편광판(도시되지 않음)(일본전공사제G1220DU)으로 클렘프하였다. 한쪽의 편광판은 러빙방향에 거의 평행(즉 Ø_Pl=85° )하게 설정된 편광투과축을 가졌다. 다른 편광판의 편광투과측은 전자에 수직으로 설정되었다. 예를 들면, Ø_P2=-5° 이며 결과적으로 정규적폐쇄특성을 얻었다.

l화소에 대한 각종전극과 박막트랜지스터의 구조가 제 2도(a)와 제 2도(b)에 도시된 바와 같고, 박막트랜지스터소자(제 2도(a)의 사선부분)는 화소전극(소스전극)(1), 신호전극(드레인전극)(12) 및 주사전극(게이트전극)(10)을 가진다. 화소전극(1)은 제 1방향(제 2도의 수직방향)으로 연장되고, 신호전극(12)과 공통전극(2)이 제 1방향으로 연장되어, 복수의 화소(제 2도에서 수직으로 배치된 화소)를 교차하도록 연장되고, 박막트랜지스터소자는 공통전극(2)사이에 위치한다.

정보를 가지는 신호파는 신호전극(12)에 공급되고, 주사파는 동기하여 주사전극(10)에 공급된다. 비정질실리콘(a-Si)으로 구성된 채널층(16)과 질화실리콘(SiN)의 절연보호막(15)으로 구성된 박막트랜지스터를 인접한 공통전극사이에 배치한다. 정보신호는, 신호전극(12)으로부터 박막트랜지스터를 통하여 화소전극(1)으로 전송되고, 공통전극(2)과 액정층(50)사이에 전압이 발생된다.

본 실시예에서는, 공통전극(2)은 기판의 대면하는 계면쪽에 배치되고, 제 2 도(b)에 도시된 두께방향으로 확대된다. 따라서, 제 2도(b)에 도시된 전계방향(7)이 수평방향에 대해 경사지도록 나타나있지만, 액정층(5)의 두께는 48㎛의 폭에 비해서 실제로 6㎛정도이고, 따라서 경사는 매우 작고 또한 공급전계방향은 기판의 계면에 거의 평행이다.

용량소자(4)는, 제 1도(c)에 도시한 바와 같이 돌출한 화소전극(1)과 주사배선(10)이 그 사이에 게이트절연막(13)을 유지하는 구조로 형성되어 있다. 용량소자(4)의 정전용량은 21fF정도이다. 주사배선(10)과 신호배선(11)의 각 라인은 주사배선구동LSl와 신호배선구동LSI에 각각 접속되었다.

전하는 화소전극(1)에 24fF정도 축적되고, 상기의 용량은 화소전극(1)과 공통전극(2)사이의 정전용량 및 용량소자(11)의 정전용량을 병렬접속한 용량이다.

따라서, 액정(50)의 비저항이 5×¹⁰Ω㎝인 경우에도 화소전극(1)에서의 전압변동을 억제할 수 있고, 표시품질의 열화를 방지한다.

본 실시예에서는, 화소의 수는 40(×3)×3O이었고, 화소피치는 수평방향(공통전극간)으로 80㎛이었고 수직방향(주사전극간)으로 240㎛이었다. 예를 들면 50%의 높은 구경율을 얻었고, 주사전극(10)은 12㎛폭이었고, 인접한 주사전극의 간격은 68㎛이었다. 박막트랜지스터를 지지하는 기판에 대향하는 기판상에 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3개의 줄무의형상의 컬러필터(17)를 형성하였다.

표면을 평탄화하기 위하여 컬러필터(17)상에 투명수지(14)를 적층하였다.

투명수지(14)의 재료는 에폭시수지인 것이 바람직하다. 폴리이미드계의 배향제어막(4)을 투명수지에 도포하였다. 구동회로를 패널에 접속하였다.

본 실시예에 의한 구동회로시스템의 구성은 제 8도에 도시한다. 신호전극(23)과 공통전극(31)이 표시부의 단부에 연장된다. 제 9도와 제 10도는 필요한 광학시스템의 구조를 나타내고, 제 9도는 투과형장치에 대한 것이고, 제 10도는 반사기(30)를 가진 반사형장치에 대한 것이다.

본 실시예에서는 투명전극을 필요로 하지 않기 때문에, 제조공정이 단순하게 되고, 생산수율이 증가되고, 특히 제조단가가 상당히 절감될 수 있고, 투명전극을 형성하기 위하여 진공로를 갖추고 있는 상당히 고가인 시설이 필요하지 않고, 제조 시설의 투자를 많이 절감할 수 있으므로 비용절감을 할 수 있다.

본 실시예의 화소에 인가한 유효전압과 휘도사이의 관계를 도시하는 전기광학특성이 제 3도(a)에 도시된다. 7V의 전압에 의해 구동될때에 콘트라스트비가 150을 초과하였다. 시각을 가로방향 또는 세로방향으로 변화할때에 특성차는 종래 방식(비교예 l에서 후에 설명함)에 비해서 상당히 작고, 시각을 변화하여도 표시특성은 현저하게 변화하지 않았다. 액정의 배향특성은 바람직하였고, 배향결함의 영역이 발생되지 않았다. 박막트랜지스터와 전극의 구성을 간단하게 함으로써 구경율은 충분히 높은 값, 즉 50%를 유지하였고, 밝은 표시를 달성하였다. 전체 패널에 대한 평균분자율은 8.4%이었다. 휘도는 2개의 편광판을 평행하게 배치할때에, 투과의 밝기로서 정의한다.

재 l실시예에서 사용된 액정(50)의 재료는 6.7의 유전율과 5×10¹⁰Ω㎝의 비저항을 가졌고, 용량소자(11)의 절연체로 사용된 질화실리콘은 6.7의 유전율과 5×10¹⁶Ω㎝의 비저항을 가졌다. 이것은 액정조성물 및 용량소자의 절연체의 비저항이 10¹⁰Ω㎝이상이고, 질화실리콘의 유전율과 비저항의 곱이 3×10⁴초 정도로서, 액정조성물의 유전율과 비저항의 곱이 0.03초 정도인 것보다 컸다. 주사배선구동LSI로부터의 구동신호출력에 대한 1수직주사기간은 일반적인 액정표시장치에 대해서는 16.6ms정도이었고, 이 값은, 주사기간이 3×10⁴초보다 훨씬 작아야 하는 조건을 만족하였다.

따라서, 화소전극(1)으로부터 누설되는 축적전하에 대한 시정수를 유도할 수 있었다. 이것은 화소전극(1)에서 전압변동의 억제를 용이하게 하고, 결과적으로 만족스러운 표시품질을 얻을 수 있다. 액정의 비저항에 대한 5×10⁵Ω㎝의 값이, 종래의 수직전계박막트랜지스터 액체표시장치에 사용된 액정의 비저항에 대한 값인 10¹²Ω㎝보다 낮다. 그러나, 표시품질의 결함이 발생하지 않았다.

(비교예)

상기에 언급한 비교예는 종래의 비틀림네마틱형 액정표시장치에 의한 것이었다. 본 비교예는 투명전극을 가졌기 때문에, 구조가 복잡하였고, 제조공정이 제 1실시예에 비해서 길었다. 비교예에서 사용된 네마틱액정은 제 1실시예와 마찬가지로 +4.5의 유전율이방성(△∈)과, 0.072(589mn, 20℃)의 복굴절율(△n)을 가졌다. 캡은 7.3㎛로 설정되었고, 비트림각은 90도로 설정되었다. 따라서, △n · d는 0.526㎛이다.

비교예의 전기광학특성이 제 3도(b)에 도시되어 있다. 특성곡선은 시각의 변화에 따라 크게 변화한다. 박막트랜지스터에 인접한 단차부 근처에서는, 액정분자가 주변부의 것과 상이한 방향으로 배향되는 배향결함영역이 발생한다.

제 2실시예

제 2실시예에서는, 제 1실시예의 화소의 지지하는 기판에 대면하는 기판상에 배치된 주사전극을 화소전극과 동일한 기판상에 형성하였다. 제 2실시예의 나머지 구조는 일반적으로 제 1실시예와 동일하고, 대응하는 부분에는 동일도면부호를 표시한다. 제 2실시예의 박막트랜지스터의 구조와 전극의 교차부분을 제 4도에 도시한다. 화소전극(1), 신호전극(12) 및 주사전극(10)은 모두 알루미늄으로 형성되고, 증착법과 에칭법에 의해 동시에 형성되었다. 다른 기판상에는 도전재료가 없다. 따라서, 상기 구조에서는, 도전재료가 제조공정시에 오염되는 경우에도, 상,하전극이 서로 접촉할 가능성이 없고 또한 상,하전극의 접촉에 의한 결함을 제거한다. 전극의 재료에 대한 특별한 제한은 없지만, 일반적으로 전기저항이 낮은 금속을 사용하여야 하고, 따라서 크롬, 동등이 적합하다.

일반적으로, 포토마스크의 배열에 대한 정밀성이, 두 개의 대면하는 유리기판에 대한 정밀성보다 상당히 높다. 따라서, 제조시에 전극의 배열은, 포토마스크만으로 될 수 있기 때문에 제 2실시예에서와 같이, 4전극의 전체를 1개와 기판에만형성할떼에, 전극배열의 변동을 억제할 수 있다. 따라서, 본 실시예는, 주사전극을 다른 기판상에 형성하는 경우에 비해서 보다 정밀한 패턴을 형성하기에 적합하다.

제 1실시예와 동일한 넓은 시각을 가지는 밝은 표시를 얻었다.

제 3실시예

제 3실시예의 구성은 이하 설명하는 것을 제외하고는 일반적으로 제 1실시예와 동일하다. 제 1실시예에 대응하는 구성요소는 동일한 도면번호를 부여한다.

제 3실시예의 박막트랜지스터와 각종 전극의 구조는 제 5도(a)와 제 5도(b)에 도시된다. 신호전극(12)은 한쌍의 화소전극(1)사이에 배치되고, 한쌍의 공통전극(2)은 상기 전극의 외부쪽에 배치된다. 정보를 가지는 신호파는 신호전극(12)에 인가되고, 주사파는 신호파와 동시에 주사전극(10)에 인가된다. 비정질실리콘(a-si)(16)으로 구성된 박막트랜지스터와 질화실리콘(SiN)의 절연보호막(15)은 한쌍의 공통전극사이에 거의 중앙에 배치된다. 동일한 정보신호는 신호전극(12)으로부터 두 개의 박막트랜지스터를 통하여 각각의 두 개의 화소전극(1)에 전송되고, 동일전압신호는 액정에 인가되고, 양쪽에서 각각의 두 개의 공통전극은 동일전위를 가진다. 상기 구성에 의해, 전극사이의 거리는, 박막트랜지스터와 전극의 구조를 복잡하게 함이 없이, 거의 ½만큼 감소시킬 수 있다. 따라서, 동일전압으로 높은 전계를 인가할 수 있고 또한 구동전압을 감소할 수 있다. 따라서, 고응답을 달성할 수 있다.

본 실시예에서는 제 1실시예와 동일한 편도와 넓은 시각을 달성할 수 있다.

제 4실시예

제 4실시예의 구성은 이하에 설명한 것을 제외하고는 제 1실시예와 일반적으로 동일하다. 제 1실시예에 대응하는 제 4실시예의 구성요소는 동일한 도면번호를 부여한다.

제 15도(a)는 제 4실시예인 액티브매트릭스형 액정표시장치의 부분평면도이다. 제 15도(b)는 제 l5도(a)의 선(A-A')을 따라 취한 단면도이고, 제 15도(c)는 제 15도(a)의 선(B-B')을 따라 취한 단면도이다. 제 1실시예의 화소전극(1)과 주사배선(10)사이에 위치한 구조를 가지는 용량소자(11)는 제 15도(c)에 도시한 바와같이 서로 대면하는 화소전극(1)의 일부와 공통전극(2)사이에 액정조성물층(50)이며, 질화실리콘(13)으로 구성된 게이트절연막은 상기 액정물조성층(50)이 연장된 구성에 대한 변경이었다.

제 4실시예에 의해, 용량소자(11)의 정전용량이 화소전극(1)과 공통전극(2) 사이의 정전용량에 병렬로 접속되도록 되어 있다. 따라서, 신호배선(10)의 어떤 전압변동도 화소전극(1)에 영향을 주지 않는다. 따라서, 화소전극(1)에서의 전압변동을 감소할 수 있고, 따라서 표시의 변화를 감소할 수 있다.

본 제 4실시예에 의한 액티브매트릭스형 액정표시장치의 표시품질의 열화가 없었고, 제 1실시예와 동일한 이점을 얻었다.

제 5실시예

제 5실시예 내지 제 10실시예의 각각의 구성은, 이하 설명하는 것을 제외하고는, 일반적으로 제 1실시예와 동일하다. 대응하는 부분은 동일한 도면번호로 표시한다.

제 16도와 제 17도는 각각 제 5실시예의 단위화소에 대한 평면도와 단면도이고, 여기서 화소전극(1)과 공통전극(2)은 액정재료의 동일한 측면위에 위치하고 절연층에 의해 분리된다. 크롬의 주사전극(10)과 공통전극(2)은 유리기판위에 형성되었고, 질화실리콘(SiN)의 게이트절연막(13)은 상기의 전극을 덮도록 형성되었다.

비정질막(a-si)(16)은 트랜지스터의 활성층으로서 주사전극(10)의 일부위에 형성되었고 그 전극사이에 게이트절연막(13)을 가진다.

몰리브덴의 신호전극(12)과 화소전극(1)을 a-si막(16)의 패턴의 일부와 중첩되도록 형설하였고, SiN막의 보호절연막(15)은 합성구조를 덮도록 형성하였다.

박막트랜지스터의 주사전극(13)에 전압을 인가함으로써 박막트랜지스터를 작동하였을 때에, 전압이 화소전극(1)에 인가된다. 화소전극(1)과 공통전극(2)사이에 전계가 발생할때에, 액정분자는 전계의 방향으로 배향을 변화하고 광투과를 변화한다.

제 5실시예에서는, 공통전극(2)은 주사전극(10)과 동일한 층위에 형성되었고, 화소전극(1)과 신호전극(12)을 게이트절연막(13)에 의해 공통전극(2)으로부터 분리되었다. 제 5실시예의 장치는, 종래의 빗형상의 전극을 사용하지 않았고, 화소전극(1)과 공통전극(2)은 그 사이의 게이트절연막(20)과 중첩되는 점이 JP-B-63-2l907호(1988)와 상이하다. 절연에 의해 공통전극(2)으로부터 화소전극(1)과 신호전극(12)을 분리함으로써, 화소전극(1)과 공통전극(2)의 평면패턴에 대한 설계자유도를 증가시킬 수 있고, 이것은 화소구경율을 증가시킬 수 있다.

화소전극(1)과 공통전극(2)의 중첩부분은, 액정용량에 병렬로 접속한 부가용량으로 동작하고, 따라서 액정전하전압의 유지능력을 증가시킬 수 있다. 이러한 이점은 종래의 빗형상의 전극에 의해서는 달성될 수 없고, 화소전극(1)과 신호전극(12)을 절연방식에 의해 공통전극으로부터 분리함으로써 달성될 수 있다. 제 16도에 도시한 바와 같이 화소전극과 공통전극이 동일기판위에 형성될 때의 경우와 같이 표시영역의 일부를 희생함에 의해 용량소자를 형성할 필요는 없고, 필요한 모든 것은 표시영역의 외부쪽에 공통전극을 인출하는 배선의 일부에 중첩하도록 한다.

상기한 바와 같이, 평면패턴에 대한 설계자유도는 공통전극(2)을 가지는 층으로부터 분리된 층에 화소전극(1)과 신호전극(12)을 형성함으로써 증가되기 때문에, 본 실시예에도 불구하고 전극을 위한 여러종류와 형태를 채택할 수 있다.

제 6실시예

제 18도는 본 발명의 제 6실시예에 의한 화소전극(1)과 공통전극(2)이 절연층에 의해 분리된 상이한 층에 위치하는 단위화소의 평면도이다.

제 6실시예의 단면구조는 제 5실시예(제 17도)의 단면구조와 동일하다.

제 6실시예에서는, 공통전극(2)은 십자형이고, 화소전극(1)은 폐쇄루프형이다. 화소전극(1)과 공통전극(2)은, 부가용량을 형성하도록, 제 18도(Cl),(C2),(C3),(C4)의 부분에서 중첩된다. 제 6실시예에서는, 공통전극(2)과 주사전극(10)사이의 거리가 폭으로 형성될 수 있고, 공통전극(2)과 주사전극(10)사이의 단락회전에 의한 고장을 방지할 수 있다. 화소전극(1)은 폐쇄루프의 형태로 되기 때문에, 파단이 두부분 이상에서 발생하지 않는한 화소전극의 임의 부분에서파단이 발생하는 경우에도 화소전극의 모든 부분에 전원이 공급될 때에 정규동작을 유지할 수 있다. 이것은, 제 6실시예의 구조가 화소전극(1)의 파단에 대한 융장성을 가지고, 따라서 생산수율을 증가시키는 것을 의미한다. 용장성 때문에, 화소전극(1)과 주사전극(10)을 상이한 층에 배치할 때에 화소전극(1)이 주사전극(10)의 배선부에 근접하도록 폐쇄루프전극(1)의 배선캡을 저감시킬 수 있고, 따라서 구경율이 증가된다.

제 7실시예

제 19도에 본 발명의 제 7실시예에 의한 화소전극(1)과 공통전극(2)이 절연층에 의해 분리된 상이한 층에 위치하는 단위화소의 평면도이다. 제 7실시예의 단면구성이 제 5실시예(제 17도)의 단면구조와 동일하다.

제 6실시예에서는, 화소전극(1)은 문자1형상이고, 공통전극(2)은 패쇄루프의 형상이다, 제 7실시예에서는, 구경율을 제 6실시예와 같이 개선할 수 있고, 화소전극(1)과 공통전극(2)을 중첩시킬 수 있기 때문에 부가용량을 증가시킬 수 있다.

제 8실시예

제 20도는 본 발명의 제 8실시예에 의한 화소전극(1)과 공통전극(2)이 절연층에 의해 분리된 상이한 층에 위치한 단위화소의 평면도이다.

제 8실시예에서는, 공통전극(2)은 기판(3)위에 설치되고 막(23)을 절연하는 베딩(bedding)층에 의해 주사전극(10)으로부터 분리된다. 따라서, 공통전극(2)은 기판(3)위에 위치하고 주사전극(10), 화소전극(1) 및 신호전극(12)을 형성하는 층으로부터 분리된 상이한 층에 있다. 따라서, 제 8실시예에 의하면, 공통전극(2)이주사전극(10)에 평행할뿐만 아니라 주사전극(10)에 수직으로 연장되어 회로구조를 형성한다. 따라서, 공통전극(2)의 저항을 감소시킬 수 있고, 결과적으로 공통전압의 파형 왜곡의 감소와 스미어(smear)발생의 방지를 달성할 수 있다.

제 9실시예

제 21도는 본 발명의 제 9실시예에 의한 화소전극(1)과 공통전극(2)이 절연층에 의해 분리된 상이한 층에 위치한 단위화소의 평면도이다.

제 9실시예에서는, 공통전극(2)이 보호절연층(15)위에 형성된다. 본 실시예에 의하면, 공통전극(2)은 제 8실시예와 같이 주사전극(10), 화소전극(1) 및 신호전극(12)을 모두 형성하는 층으로부터 분리된 상이한 층에 위치한다. 따라서, 공통전극(2)은 주사전극(10)에 평행하게 연장될 뿐만 아니라 주사전극(10)에 수직한 방향으로도 연장되어 회로구성을 형성한다. 따라서, 공통전극(2)의 저항을 감소하고, 공통전압의 파형왜곡을 감소할 수 있고 또한 스미어 발생을 방지할 수 있다.

제 10실시예

제 22도는 본 발명의 제 10실시예에 의한 화소전극(1)과 공통전극(2)이 절연층에 의해 분리된 상이한 층에 위치하는 단위화소의 평면도이다.

제 10실시때에서는, 주사전극(10)과 공통전극(2)은 알루미늄(Al)으로 형성되고, 이 전극(2),(10)의 표면은 알루미늄의 자기산화막인 알루미나(Al₂0₃)(32)에 의해 피복된다. 2중절연층을 가지는 구조를 채택함으로써, 공통전극(2), 신호전극(12) 및 화소전극(1)사이의 절연의 불량을 감소시킬 수 있고, 따라서 화소결함을 감소시킬 수 있다.

제 11실시예

제 11실시예의 구성은 이하 설명하는 것을 제외하고는 제 1실시예와 일반적으로 동일하다. 대응하는 부분은 동일한 도면번호를 부여한다.

제 11실시예에서는, 투명한 중합체로 형성된 평탄막(14)(제 2도의(b))은 유기절연층으로서 컬러필터(27)상에 적층하였고, 막의 표면은 평탄막(14)상의 배향제어 막처럼 다른 막을 형성함이 없이 러빙처리를 직접 행하였다. 에폭시수지는 투명막의 재료로 사용하였다. 에폭시수지는 액정분자의 평탄화와 배향제어 등의 두가지 기능을 가진다. 액정조성물 층은 에폭시수지에 직접 접촉하였고, 계면 경사각은 0.5도이었다.

상기 구조는 배향막을 형성할 필요가 없고 제조를 보다 용이하고 짧은 시기에 행할 수 있다.

일반적으로, 종래의 비틀림 네마틱(TN)형에서는, 배향막에 대향한 특성이 요구되고, 상기 모든 요구사항을 만족하여야 한다. 따라서, 배향막에 대한 재료는 폴리이미드 등과 같은 적은 종류의 재료로 제한되었다, 경사각이 가장 중요한 특성이다. 그러나, 이미 설명한 바와 같이, 본 발명은 큰 경사각이 필요하지 않고, 따라서 재료선택의 범위가 상당히 넓어진다.

제 11실시예의 전기광학특성의 측정에 의하면, 제 1실시예에서와 같이 시각이 수평방향과 수직방향으로 변화할때에 특성곡선의 변화가 매우 작고, 또한 표시 특성이 거의 변경되지 않는다. 경사각이 0.5도 정도 적어도, 액정배향은 만족되었고, 어떤 배향결함 영역도 발생되지 않았다.

제 12실시예

제 12실시예에서는, 제 11실시예의 평탄화막(14)을 형성한 투명수지는 에폭시수지를 폴리이미드수지로 변경하였다. 액정분자의 배향제어 기능과 평탄화 기능을 가지도록, 폴리이미드수지의 표면을 직접 러빙하였다. 계면에 대한 경사각은 2도이었다. 다른 실시예에 비해서 표시특성은 거의 변화하지 않았다. 액정배향은 만족하였고, 배향결함 영역도 발생하지 않았다.

제 13실시예

제 13실시예의 구성은 이하 설명하는 것을 제외하고는 제 1실시예와 동일하였다. 대응하는 부분은 동일한 번호를 부여하였다.

박막트랜지스터를 보호하는 질화실리콘의 보호막(15)(제 2도(b))은 에폭시수지로부터 형성된 유기절연층으로 대치한 제 1실시예와 동일하였다. 에폭시수지의 표면은, 액정분자메 대한 배향제어막과 평탄차막으로서 모두 기능하도록, 러빙처리를 직접 행하였다. 경사각은 0.5도이었다.

제 13실시예의 전기광학특성의 측정에 의하면, 표시특성이 제 1실시예와 비교해서 거의 변화되지 않았다. 경사각이 0.5도 정도로 작았지만, 액정배향은 만족되었고, 배향결함 영역도 발생하지 않았다.

제 14실시예

제 14실시예에서는, 제 13실시예에서 보호막으로 사용된 에폭시수지를 폴리이미드수지에 의해 형성된 유기절연층으로 대치하였다.

제 14실시예의 전기광학특성의 측정에 의하면, 제 1실시예에 비해서 표시특성은 거의 변화되지 않았다. 경사각은 제 13실시예에 비해서 2.0도로 다소 증가하였다. 액정배향은 만족되었고, 배향결함 영역도 발생하지 않았다.

제 15실시예 내지 제 19실시예

제 15실시예 내지 제 19실시예의 구성은 다음에 설명하는 것을 제외하고는 제 14실시예와 동일하다.

제 15실시예에서는, 상, 하계면에 대한 액정분자의 장축방향(러빙방향)은, 서로 거의 평행이었고, 인가된 전계에 대해서 89.5도( Ø_LCl= Ø_LC2= 89. 5° )로 설정되었다. 한쪽 편광판의 편광전송축은 러빙방향에 거의 평행하게 설정되었고 (Ø_Pl= 89.5° ), 다른쪽 편광판의 편광전송축은 제 l축에 수직으로 설정되었다(Ø_P2=-0. 5° )

마찬가지로, 제 16실시예에서는, Ø_LCl= Ø_LC2= Ø_Pl= 88° 이었고, Ø_P2=2. 0° 이었다.

마찬가지로, 제 17실시예에서는, Ø_LSl= Ø_LC2= Ø_Pl= 75° 이었고, Ø_P2=-25° 이었다.

마찬가지로, 제 18실시예에서는, Ø_LCl= Ø_LC2= Ø_Pl= 45° 이었고, Ø_P2=-45° 이었다.

마찬가지로, 제 19실시예에서는, Ø_LRl= Ø_LC2= Ø_P1= 30° 이었고, Ø_P2=-60° 이었다.

상기 실시예에 대한 전기광학특성의 측정결과는 제 7도의 도면에 도시되어 있다. 상기 실시예에서는, OV에서 10V까지 인가한 전압의 범위에서 최대 휘도가 100%로 되었고 최소휘도가 0%로 되도록 표준값으로 휘도를 표현하였다. 각도(Ø_LC)를 증가함에 따라 드레숄드의 특성곡선이 급증하게 되는 경향이 있었다. 중간조에 대한 높은 전압의 여유를 형성하기 위해 각도(Ø_LC)를 감소하여야 한다. 그러나, 각도(Ø_LC)가 45도 보다 작을 때에 휘도가 감소하는 경향이 있었다. 각도 (Ø_LC)의 최적치는 표시되는 중간조레벨의 수, 휘도에 대한 요구사항, 구동전압 및 공통전극에 전압이 인가되었는지의 여부에 의존한다. 설계자는, 각도( Ø_LC)를 적절하게 선택함으로서 광범위한 드레숄드의 특성을 제어할 수 있다. 휘도를 고려 할때에, 각도( Ø_LC)는 적어도 45도인 것이 바람직하다. 60도와 89.5도 사이의 각도인 것은 바람직하다.

시각특성의 측정에 의하면, 각각의 경우에 있어서, 시각이 수평과 수직으로 변화할때에 특성곡선이 매우 근소하게 변화하기 때문에, 제 1실시예에서와 같이 표시특성이 거의 변화하지 않았다.

액정배향은 만족되었고, 배향결함 영역도 발생하지 않았다.

제 20실시예 내지 제 23실시예

상기한 실시예와 제 20실시예 내지 제 23실시예와의 가장 큰 차이점은, 액정조성물층의 유전율이방성을 부(-)로 설정하였고 따라서 러빙방향도 변경하였다.

-4.8의 △∈와 0.0437(589nm, 20℃)의 △n을 가진 네마틱액정(즉, Merck회사의 공지된 ZLI-2806)을 사용하였다. 제 20실시예 내지 제 23실시예에서는, 상, 하 계면상의 액정분자의 장축의 방향(러빙방향)(Ø_LC1, Ø_LC2)은 서로 거의 평행하였고(Ø_LC1=Ø_LC2) 또한 인가전계에 대해서 0도를 초과하고 45도 미만인 각도(Ø_LCl)로 설정하였다. 한쪽의 편광판의 편광전송축은 러빙방향(Ø_P1)에 거의 평행으로 설정하였고 또한 다른쪽의 편광판의 편광전송축은 제 l축(Ø_P2)에 수직으로 설정하였다.

따라서 , 제 20실시예어서는, Ø_LCl= Ø_LC2= Ø_Pl= 1.5° , Ø_P2= -88.5° 이고,

제 21실시예에서는, Ø_LCl= Ø_LC2= Ø_Pl= 15° , Ø_P2= -75° 이고,

제 22실시에에서는, Ø_LCl= Ø_LC2= Ø_P1= 30° , Ø_P2= -60° 이고,

제 23실시예에서는, Ø_LCl= Ø_LC2= Ø_Pl= 45° , Ø_P2= -45° 이다.

갭(d) 밀봉상태의 액정에서 6.3㎛로 설정되었고, △n · d는 0.275㎛ 설정

되었다.

박막트랜지스터의 구성과 같은 다른 조건 및 전극은 제 3실시예와 동일하였다.

이 실시예의 전기광학특성의 측정결과는 제 11도의 1개 도면에 도시되어 있다. 유전율이방성이 정일때의 경우와는 달리, 드레숄드의 특성곡선이, 각도(Ø_LC)를 감소함에 따라, 급준해지는 경향이 있었다. 중간조에 대한 전압여유를 크게 형성하기 위해 각도(Ø_LC)를 증가시켜야 한다. 그러나, 각도( ØLC)가 45도 이상이 었을 때, 휘도는 감소하는 경향이 있었다. 유전율이방성이 정일때의 경우에서와 같이, 각도( Ø_LC)의 최적치는, 표시되는 중간조의 수, 휘도에 대한 요구사항, 구동전압 및 공통추전극에 전압이 인가되는지의 여부에 의존한다. 설계자는, 각도( ØLc)를 적절하게 선택함으로써 넓은 범위의 드레숄드특성을 제어할 수 있다. 휘도를 고려할 때에, 각도( Ø_LC)는 거의 45도이다. 시각특성의 측정에 의하면, 각각의 경우에 있어서, 시각이 수평방향과 수직방향으로 변화될때에 특성곡선이 매우 근소하게 변화되기 때문에, 제 1실시예에서와 같이 표시특성이 거의 변화하지 않았다.

중간조표시(8단계)의 레벨에 대한 복귀가 수평과 수직으로 ±50도의 범위내에서 관측되지 않았다. 액정배향은 만족되었고, 배향결함영역이 발생되지 않았다.

제 24실시예 내지 제 26실시예

본 실시예에서는, 액정분자의 장축방향과 편광판의 배열이 제 20실시예 내지 제 23실시예 중에서 최상의 특성을 생성하는 제 21실시예(Ø_LCl= Ø_LC2= Ø_Pl= 15° , Ø_P2= -75° )와 동일하게 설정하였다. 액정조성물층의 두께(d)와 굴절률이 방성(△n)의 곱(d · △n)만을 변화하였다. 제 24, 제 25, 제 26실시예에서는 액정조성물층의 두께(d)를 각각 4.0㎛, 4.9㎛, 7.3㎛로 설정하였다. 따라서 곱(d △n)은각각 0.l748㎛, 0 2141㎛, 0,3146㎛이었다. 이 실시예에서는, 굴절률이방성(△n)은 일정하였고, 액정조성물층의 두께(d)만을 변화하였다. 그러나, 다른 종류의 액정표시(예를 들면 90도 비틀림네마틱형)와 마찬가지로, 굴절률이방성(△n)이 변화되는 경우 최적의 휘도에 대한 동일결과를 얻을 수 있다. 또한, 액정조성 물층이 정의 유전율이방성을 가지는 경우에도, 동일한 결과를 얻을 수 있다.

이 실시예의 측정결과는 제 12도에 도시되어 있다. 제 l2도(a)의 횡좌표는 인가전압을 나타내고, 제 12도(b)의 횡좌표는 인가전압을 7V로 일정하게 한 상태에 서 d · △n을 나타낸다. 제 12도(b)에 나타낸 바와 같이, 휘도는 d · △n에 거의 의존하고 최적한 값이 존재한다. 실용상 바람직하게 적어도 30%의 휘도를 유지하기 위하여, d △n의 값은 0.21㎛와 0.36㎛사이에 있어야 하고, 또한 50%를 초과하는 휘도를 원할 경우에는, 0.23㎛와 0.33㎛사이의 d · △n의 값을 선택하여야 한다.

액정, 액정조성물층 등의 두께 및 대량생산성에 대한 밀봉시간을 고려하여, d에 대한 값은 적어도 5.0㎛이어야 하고, △n이 거의 0.08로 되는 것이 바람직하다.

제27실시예 내지 제 29실시예

제 24내지 제 26실시예의 결과로서 나타난 바와 같이, d · △n의 최적값은 0.21㎛와 0.36㎛사이이고, 바람직하게는 0.23㎛와 0.33㎛사이이다. 대량생산을 위해 바람직한 액정조성물층의 두께는 적어도 5.0㎛이기 때문에, 굴절률이방성(△n)의 값은 거의 0.072대이어야 하고, 바람직하게는 0.066정도이어야 한다. 그러나, 굴절률이방성(△n)에 대해서 이와 같이 대단히 낮은 값을 가지는 액정조성물의 종류는 거의 제한되기 때문에 실용상 요구되는 다른 특성과 양립하기가 매우 어렵다.

따라서, 액정조성물층의 d와 △n이 최적값보다 다소 높게 설정되고, 액정조성물층의 (d · △n에 대한 값보다 위상차(R_r)에 대한 낮은 값을 가지는 광학이방성매개체를 제공하는 새로운 방법을 고려하였다. 이것은 액정조성물층의 위상차에 의한 최적값으로 부터의 일탈에 대한 보상이다. 그 결과, 액정조성물층과 광학이방성매체의 조합에 의해 발생하는 유효위상차는 0.2l㎛와 0.36㎛사이의 최적한 범위에 있다.

제 27실시예와 제 29실시예에서는, 이하 설명하는 것을 제외하고는 제 3실시예와 동일한 구성이었다. 액정조성물층의 두께는 각각 5.0㎛, 5.2㎛, 5.5㎛로서 설정되었다. 0.072(589nm, 20℃)의 굴절률이방성(△n)을 가지는 네마틱액정조성물을 사용하였고, 따라서 d △n에 대한 값은 각각 0.360㎛, 0.3744㎛, 0.396㎛이였다. 휘도와 색조는 0.21∼0.36사이의 바람직한 범위보다 높기 때문에, 액정셀은 오렌지색으로 채색된다. 폴리비닐알코올로부터 단일축으로 전개된 막의 광학이방성매체(28)(제 9도 참조)를 저전압구동조건(본 실시예에서는 OV)에서 액정의복굴절위상차를 보상하도록 액정셀위에 적층하였다. 따라서, Ø_R는 85도로 선택되었고 Ø_LC1(= Ø_LC2)와 동일하게 되었다. R_f의 위상차는 각각 0.07, 0.08, 0.10이었고, (d · △n-R_f)에 대한 값은, 휘도와 색조에 대해서 0.21㎛∼0.36㎛의 바람직한 범위에 있도록 각각 0.29㎛, 0 3044㎛, 0.296㎛로 선택되었다.

그 결과, 채색됨이 없이 50%를 초과한 휘도를 가지는 밝은 표시를 얻을 수있었다.

제 30실시예

제 30실시예에서는, 제 27실시예의 액정조성물층을, 유전율이방성(△∈)이 -2.5의 값을 가지는 부이었고 또한 △n이 0.0712(589nm, 20℃)이었던 네마틱액정조성물(예를들면 메르크회사의 ZLI-4518)로 대치하였다. 장치의 나머지의 대해서는, 이하 설명하는 것을 제외하고는 제 21실시예와 동일하였다. 액정조성물층의 두께는 5.5㎛로 설정되었다. 따라서, d · △n에 대한 값은 0.39l6㎛이다. (d ·△n-R_f)에 대한 값이 휘도와 색조에 대한 0.2l㎛∼0.36㎛의 바람직한 범위내에서 0.2816㎛로 되도록, 0.11㎛의 위상차(R_f)를 가지는 폴리비닐알코올로부터 전개되어 단일축으로 형성된 막이 되는 광학이방성매체를 액정셀위에 적층하였다.

그 결과, 채색됨이 없이 50%를 초과하는 휘도를 가진 밝은 표시를 얻었다.

제 31실시예

제 31실시예의 구성은, 이하 설명하는 것을 제외하고는 일반적으로 제 15실시 예와 동일하였다

제 31실시예에서는, 액정조성물층의 △n은 0.072이었고, 갭은 7.0㎛이었다.

따라서, (d · △n은 0.504㎛이었고 Ø_LCl은 89.5이었다. 상부계면과 하부계면에서 액정분자의 배향방향이 서로 수직으로 교차하도록 설정되어, 각도(｜Ø_LCl-Ø_LC2｜)는 90도이었다. 편광판은 서로 수직으로 배치되었고(｜Ø_P2-Ø_Pl｜= 90° ), 액정분자의 배향방향의 관계는 Ø_LCl-Ø_Pl이 되도록 선택되었고, 따라서 광학회전모드를 형성하였다. 그 결과, 정규개방형의 액정표시장치를 얻었다.

제 31실시예에서는 전기광학특성의 측정에 의하면, 휘도가 50%를 초과하였고, 시각이 수평과 수직으로 변화할때에 특성곡선의 극히 작은 차이가 있었기 때문에 변화한 표시특성을 거의 얻을 수 없었다. 액정의 배향은 만족되었고 배향결함 영역이 발생하지 않았다.

제 32실시예와 제 33실시예

제 32실시예와 제 33실시예의 구성은, 이하 설명하는 것을 제외하고는 제 1실시예와 일반적으로 동일하였다.

이 실시예예서는, 0이 아닌 낮은 레벨의 전계를 인가할때에 어두운 상태를 얻도록 편광판을 배열하였다. ｜Ø_LCl-Ø_Pl｜의 값을 제 32실시예에서는 5도로 설정하였고, 제 33실시예에서는 15도로 설정하였고, ｜Ø_P2-Ø_Pl｜의 값을 제 32실시예와 제 33실시예에서 모두 90도로 설정하였다.

다른 실시예와 마찬가지로 휘도와 시각에 대해 만족스러운 표시특성을 얻었다. 또한 액정배향도 만족되었고, 배향결함 영역도 발생되지 않았다.

제 34실시예와 제 35실시예

제 34실시에와 제 35실시예의 구성은 이하 설명하는 것을 제외하고는 일반적 으로 제 21실시예와 동일하였다.

제 34실시예와 제 35실시예에서는, 0이 아닌 낮은 레벨의 전계가 인가될때에어두운 상태를 얻도록 편광판을 배열하였다. ｜Ø_P1-Ø_LC1｜의 값은 제 34실시예에서는 5도로 설정하였고, 제 35실시예에서는 7도로 설정하였다. 또한 ｜Ø_P2-Ø_P1｜의 값은 제 34, 제 35실시예에 대해서 90도로 설정하였다. 액정조성물층의 두께(d)는 3㎛이었고, 따라서 d · △n은 0.275㎛이었다.

이 실시예의 전기광학특성의 측정결과가 제 13도에 도시되어 있다. 제 34실시예에서는 어두운상태를 발생하는 전압(V_OFF)은 3.0V이었고, 최대휘도를 발생하는 전압(V_ON)은 9.2V이었다. 따라서 V_OFF와 V_ON사이의 전압으로 동작하는 경우 충분히 높은 콘트라스트를 얻을 수 있었다. 마찬가지로, 제 35실시예에 대해서 V_OFF는5.0V 이었고 V_ON은 9.0V이었다. V_OFF와 V_ON사이의 전압으로 작동할때에 휘도와 시각에 대한 적절한 표시특성을 다른 실시예에서와 마찬가지로 얻었다. 액정배향은 만족 되었고, 배향결함영역은 발생되지 않았다.

제 36실시예

제 36실시예의 구성은 이하 설명하는 것을 제외하고는 제 35실시예와 동일하였다.

제 36실시예에서는, 화상신호를 신호전극에 공급함과 동시에 교류3V를 공통전극에 인가하였다.그 결과, 신호전극에 공급해야 할 전압을 감소시켰다(8.3V⇒6.2V) V_OFF와 V_ON사이의 전압으로 동작을 행할때에, 휘도와 시각의 만족스러운 표시특성을 다른 실시예에서와 마찬가지로 얻었다. 액정방향은 만족되었고, 배향결함영역도 발생하지 않았다.

제 37실시예

제 37실시예의 구성은 이하 설명하는 구성을 제외하고는 제 1실시예와 동일하였다.

제 37실시예에서는, 0이 아닌 낮은 레벨의 전계를 인가할 때에 어두운 상태를 얻도록 편광판을 배치하였다. ｜Ø_LCl-Ø_Pl｜의 값을 45도로 설정하였고, ｜Ø_P2-Ø_Pl｜의 값을 90도로 설정하였다. 따라서, 낮은 전압을 인가함으로써 밝은 상태를 얻고, 높은 전압을 인가함으로써 어두운 상태를 얻었다. 본 실시예에서의 휘도의 전압의존성의 측정결과는 제 14도에 도시된 실선으로 되시된다. 다른 실시예와 마찬가지로, 휘도와 시각에 대한 만족스러운 표시특성을 얻었다. 콘트라스트는 35이었다. 액정배향은 만족되었고, 배향결함영역은 발생하지 않았다.

제 38실시예

제 37실시예의 구성에 의해서, 계면잔류위상차를 발생하기 위하여 굴절률매체(단일축방향으로 전개된 폴리비닐알코올필름)를 두 개의 편광판사이에 삽입하였다 필름의 전개방향(Ø_R)은 -45도이었고, 전개방향은 편광판의 전송축에 수직으로 교차되었다. 위상차(R_f)는 15nm이었다.

제 14도에 점선으로 도시된 바와 같이, 높은 전압에서의 광누설을 제 37실시예에 비해서 한층 더 억제할 수 있었고, 콘트라스트비는 150으로 개선되었다. 본 발명에 의하면 ,

ｉ) 첫째로 투명전극을 사용하지 않음으로써 저렴한 제조시설을 사용하여 저렴한 비용으로 또한 높은 수율로 대량생산할 수 있고, 높은 콘트라스트를 가지는 박막트랜지스터형 액정표시장치를 제공할 수 있고,

ii) 둘째로, 다계조화상을 용이하게 표시할 수 있고 만족스러운 시각특성을 가지는 박막트랜지스터형 액정표시장치를 제공할 수 있고,

iii) 셋째로, 액정배향의 처리와 재료에 대해 큰 여유를 가짐으로써 큰 구경율, 개선된 광투율, 보다 밝은 화상을 가질 수 있는 박막트랜지스터형 액정표시장치를 제공할 수 있고,

Ⅳ) 넷째로, 박막트랜지스터의 구조를 단순하게 함으로써, 큰 구경율, 개선된 광투파율 및 보다 밝은 화상을 가지는 박막트랜지스터형 액정표시장치를 제공할수 있다.

상기한 이점은 장치의 구조에 의존하는 조합에 의해 독립적으로 달성할 수 있다.

제 1도(a) 내지 제 1도(d)는 본 발명에 의한 액정표시장치의 동작을 도시한 개략도.

제 2도(a)와 제 2도(b)는 각각 본 발명에 사용되는 박막트랜지스터의 구성을 나타내는 실시예의 평면도와 단면도.

제 3도(a)는 본 발명에 의한 전기광학특성(시각 의존성)을 도시한 그래프.

제 3도(b)는 비교예에 의한 전기광학특성(시각 의존성)을 도시한 그래프.

제 4도는 화소전극(소스전극), 공통전극, 주사전극 및 신호전극(드레인전극)이 모두 액정표시장치의 기판중 어느 한쪽에만 배치된 본 발명의 실시예를 도시한도면.

제 5도(a)와 제 5도(b)는 화소전극(소스전극)과 신호전극(드레인전극)이 화소의 중앙에 배치되어 1화소를 2분할한 본 발명의 실시예를 도시한 평면도와 단면도.

제 6도는 전계방향에 대해서, 계면상에서의 액정분자의 장축배향방향, 편광관의 편광측 및 위상판의 진상축에 의해 형성된 각을 도시한 도면.

제 7도는 여러종류의 실시예에 의한 유전율이방성이 정일때에 계면상에서의 액정분자의 장축배향방향을 변화시킴에 따른 전기광학특성을 도시한 그래프.

제 8도는 본 발명에 사용되는 액정표시구동장치를 도시한 개략도.

제 9도는 액정표시전송형 광학장치에 적용한 본 발명의 일예를 도시한 도면.

제 10도는 액정표시반사형 광학장치에 적용한 본 발명의 일예를 도시한 도면.

제 11도는 여러종류의 실시예에 의한 유전율이방성이 부일때에 계면상에서의 액정분자의 장축배향방향을 변화시킴에 따른 전기광학특성을 도시한 그래프.

제 12도(a)와 제 12도(b)는 여러종류의 실시예에 의한 유전율이방성이 부일때에 액정층의 두께(d)를 변화시킴에 따른 전기광학특성을 도시한 그래프.

제 13도(a)와 제 13도(b)는 0이 아닌 낮은 전계를 인가하여 어두운 상태를 얻을 수 있도록 편광판을 배치한 실시예의 전기광학특성을 도시한 그래프.

제 14도는 정규적인 개방형 장치의 특성 및 계면상에서의 잔류위상차를 보상 한때의 특성을 도시한 그래프.

제 15도(a)는 기판의 각 대향계면상에서 공통전극과 화소전극사이에 용량성 소자가 형성된 제 4실시예의 평면도.

제 15도(b)와 제 15도(c)는 제 15도(a)의 단면도.

제 16도는 본 발명의 제 5실시예에 의한 화소전극과 공통전극을 절연층에 의해 분리된 상이한 층에 배치하고 전계를 인가하지 않은 상태에서의 화소의 개략적인 평면도.

제 17도는 본 발명의 제 5실시예에 의한 화소전극과 공통전극을 절연층에 의해 분리된 상이한 층에 배치하고, 전계를 인가하지 않은 상태에서의 화소의 개략적인 단면도.

제 18도는 본 발명의 제 6실시예에 의한 화소전극과 공통전극을, 절연층에 의해 분리된 상이한 층에 배치하고, 화소전극은 폐쇄루프형상이고, 공통전극은 십자형상이고, 전개를 인가하지 않은 상태에서의 화소의 개략적인 평면도.

제 19도는 본 발명의 제 7실시예에 의한 화소전극과 공통전극의 절연층에 의해 분리된 상이한 층에 배치하고, 화소전극은 I문자의 형상을 가지고 공통전극은 폐쇄루프형상이고, 전계를 인가하지 않은 상태에서의 화소의 개략적인 평면도.

제 20도는 본 발명의 제 8실시예에 의한 화소전극과 공통전극을 절연층에 의해 분리된 상이한 층에 배치하고, 주사전극과 공통전극사이에 절연층이 있고, 전계를 인가하지 않은 상태에서의 화소의 일부를 도시한 개략적인 단면도.

제 21도는 본 발명의 제 9실시예에 의한 화소전극과 공통전극이 절연층에 의해 분리된 상이한 층에 배치되고, 공통전극이 보호절연막상에 형성되고, 전계를 인가하지 않은 상태에서의 화소의 일부를 도시한 개략적인 단면도.

제 22도는 본 발명의 제 10실시예에 의한 화소전극과 공통전극이 절연층에 의해 분리된 상이한 층에 배치되고, 주사전극과 공통전극이 자기산화막으로 도포된 알루미늄으로 형성되고 전계를 인가하지 않은 상태에서의 화소의 일부를 도시한 개략적인 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

(1)...화소전극(소스전극)

(2),(31)...공통전극 (31)...기관

(4),(11)...배향제어막(용량소자) (5),(50)...액정분자

(6)...편광판 (7)...전계

(8)...분자의장축 (10)...주사전극(게이트전극)

(12),(23)...신호전극(드레인전극) (13),(20)...게이트절연막(질화실리콘)

(14)...투명수지(평탄화막) (15)...보호절연막

(16)...채널층 (17)...컬러필터

(28)...이방성매체 (30)...반사기

Claims

1쌍의 기판과, 이 1쌍의 기판에 협지된 액정층을 가진 액정표시장치에 있어 서,

상기 1쌍의 기판중 한쪽의 기판에는, 복수의 주사신호전극과, 이들에 매트릭스형상으로 교차하는 복수의 영상신호전극과, 이들 전극의 각각의 교차점에 대응해서 형성긴 복수의 박막트랜지스터를 가지고,

상기 복수의 주사신호전극 및 영상신호전극에 의해 둘러싸이는 각각의 영역에서 적어도 1개의 화소가 구성되고,

각각의 화소에는, 상기 영상신호전극이 연장하는 방향과 동일한 방향으로 연장하는 부분과 상기 주사신호전극이 연장하는 방향과 동일한 방향으로 연장하는 부분과를 갖는 화소전극과, 상기 영상신호전극이 연장하는 방향과 동일한 방향으로 연장하는 부분과 상기 주사신호전극이 연장하는 방향과 동일한 방향으로 연장하는 부분과를 갖는 공통전극을 갖고,

상기 공통전극의 상기 주기신호전극이 연장하는 방향과 동일한 방향으로 연장하는 부분과, 상기 화소전극의 상기 주사신호전극이 연장하는 방향과 동일한 방향으로 연장하는 부분과는 그 일부에서 절연막을 개재하여 중첩되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

제 1 항에 있어서,

상기 공통전극위에 상기 절연막이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

제 2 항에 있어서,

상기 절연막위에 상기 화소전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

제 1 항, 제 2 항, 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 공통전극은 그 표면이 자기산화막 또는 자기질화막에 의해 피복된 금속전극에 의해서 구성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

제 1 항 , 제 2 항, 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 공통전극 또는 상기 화소전극은, 링형상, +자형, T자형, II자형, 1자형, 사다리형의 어느 한 형상을 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

상기 공통전극 또는 상기 화소전극은, 링형상, +자형, T자형, Ⅱ자형, Ⅰ자형, 사다리형 중의 어느 한 형상을 가진 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

제 1 항에 있어서,

상기 절연막을 개재해서 중첩된 부분에 의해 부가용량이 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

제 1 항에 있어서,

상기 공통전극과 상기 화소전극에 인가되는 전압에 의해 상기 액정측에는 상기 한쪽의 기판에 대해 지배적으로 평행한 성분을 가진 전계가 발생하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.

제 1 항에 있어서,

상기 공통전극의 영상신호전극이 연장하는 방향과 동일한 방향으로 연장하는 부분은 적어도 2개의 선상의 부분이고, 상기 공통전극의 주사신호전극이 연장하는 방향과 동일한 방향으로 연장하는 부분이, 상기 2개의 선상의 부분을 접속하고 있는 것을 특징으로 하는 액정표장치.