KR100457365B1

KR100457365B1 - 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR100457365B1
Application number: KR10-2001-0009631A
Authority: KR
Inventors: 구보마스미; 야마모또아끼히로; 후지오까쇼고; 마에까와가즈히로; 오찌다까시
Original assignee: 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 2000-02-25
Filing date: 2001-02-26
Publication date: 2004-11-16
Also published as: US7084943B2; TWI290252B; US6924876B2; US20010024257A1; US20050174528A1; KR20010085598A

Abstract

본 발명은 표시 품위가 양호한 액정 표시 장치를 제공한다. 이 액정 표시 장치는 전압 무인가시에 수직 배향을 취하는 액정층에 제1 전극 및 제2 전극에 의해 전압을 인가함으로써 화상을 표시한다. 상기 제1 전극은 하부 도전층, 상기 하부 도전층의 적어도 일부를 덮는 유전체층, 및 상기 유전체층의 액정측 상에 설치된 상부 도전층을 포함한다. 상기 상부 도전층은 제1 개구부를 포함하고, 상기 하부 도전층은 상기 유전체층을 사이에 두고 상기 제1 개구부의 적어도 일부에 대향하도록 설치된다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 고화질의 표시를 행하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

최근, 얇고 그 무게가 가벼운 액정 표시 장치가 퍼스널 컴퓨터 및 PDA(퍼스널 디지털 어시스턴스; personal digital assistance)용으로 사용되고 있다. 그러나, 종래의 트위스트 네마틱(TN; twist nematic)형 및 수퍼 트위스트 네마틱(STN; super twist nematic)형 액정 표시 장치는 시야각이 좁은 단점을 갖고 있다. 그 문제를 해결하기 위한 다양한 기술 개발이 행해지고 있다.

TN 또는 STN형 액정 표시 장치의 시야각 특징을 개선하기 위한 대표적인 기술로서, 광학 보상판을 부가한 방식이 있다. 다른 방식으로서, 기판의 표면에 대하여 수평 방향의 전계를 액정층에 인가한 횡전계 방식이 있다. 이 횡전계 방식의 액정 표시 장치는 최근 양산화되며, 주목받고 있다. 또한, 다른 기술로서는 액정 재료로서 네거티브 유전률 이방성을 갖는 네마틱 액정 재료를 사용하고, 배향막으로서, 수직 배향막을 사용한 DAP(deformation of vertical aligned phase) 방식을 채용하는 것이 있다. 이것은, 전압 제어 복굴절(ECB : electrically controlled brirefringence) 방식의 하나로, 액정 분자의 복굴절성을 이용하여 투과율을 제어한다.

횡전계 방식은 광시야각화 기술로서 유효한 방식의 하나인 것이지만, 제조 프로세스에 있어서, 통상의 TN형에 비해 생산 마진이 상당히 작기 때문에, 안정성 있는 생산이 곤란한 것이 문제이다. 이것은 기판간의 갭의 변화나 액정 분자의 배향축에 대한 편광판(편광기)의 투과축(편광축) 방향의 시프트가 표시 휘도나 콘트라스트비에 크게 영향을 주므로, 이것을 높은 정밀도로 제어하여, 안정성 있는 생산을 행하기 위한 기술 개발이 필요하다.

또한, DAP 방식의 액정 표시 장치로 표시 불균일성이 없는 균일한 표시를 행하기 위해서는 배향 제어를 할 필요가 있다. 배향 제어 방식으로서는 배향막의 표면을 러빙(rubbing)하지 않고 배향 처리하는 방법이 있다. 수직 배향막에 러빙 처리를 행하면, 표시 화상 중의 러빙 스트리킹(streaking)이 발생하여, 그 양산으로는 적당하지 않다.

한편, 종래 기술에 개시되어 있는 러빙 처리를 행하지 않고 배향 제어를 행하는 다른 방법으로서, 전극에 슬릿(개구부)을 형성함으로써, 경사진(inclined) 전계를 생성하여, 이 경사 전계에 따라 액정 분자의 배향 방향을 제어하는 방법도 고안되고 있다(예를 들어, 특개평6-301036호 공보). 그러나, 본원의 발명자가 검토한 결과, 이 방법에는 하기의 문제가 있다는 것을 알게 되었다.

전극에 슬릿(개구부)을 형성함에 따라, 경사 전계를 발생시키는 구성을 사용하면, 전극에 형성시킨 슬릿에 대응하는 영역의 액정층에 충분한 전압을 인가할 수 없고, 그 결과 슬릿에 대응하는 영역의 액정층의 액정 분자의 배향을 충분히 제어할 수 없어서, 전압 인가시 투과율의 손실이 발생한다는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하기 위해 행해진 것으로, 표시 품위가 높은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 액정 표시 장치는, 제1 기판과, 제2 기판과, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 사이에 설치된 액정층을 포함하고, 상기 제1 기판의 상기 액정층측에 설치된 제1 기판과, 상기 제2 기판에 설치된 상기 제1 전극에 상기 액정층을 개재하여 대향한 제2 전극에 따라 규정된 화소 영역을 복수 포함하고, 상기 복수의 화소 영역내의 각 액정층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 전압이 인가되어 있지 있을 때에, 수직 배향 상태를 취하며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 인가된 전압에 따라 배향 상태를 변화하고, 상기 제1 전극은 하부 도전층과, 상기 하부 도전층의 적어도 일부를 커버하는 유전체층과, 상기 액정층에 근접하여 설치된 상기 유전체층의 일측 상에 제공된 상부 도전층을 포함하고, 상기 상부 도전체는 적어도 하나의 제1 개구부를 포함하고, 상기 하부 도전층은 상기 유전체를 사이에 두고 상기 적어도 하나의 제1 개구부의 적어도 일부에 대향하도록 설치되어 있다. 그에 따라 상기 목적이 달성된다. 제1 개구부를 포함한 상부 도전층은 제1 개구부의 엣지부에 경사 전계를 생성하고, 액정 분자를 방사상-경사 배향을 갖도록 작용한다. 또한, 제1 개구부에 대향하는 영역에는 하부 도전층으로부터 전계가 인가되기 때문에, 제1 개구부상에 위치하는 액정 분자의 배향이 안정화 된다.

상기 하부 도전층은 상기 유전체층을 사이에 두고 상기 적어도 하나의 제1 개구부에 대항하는 영역을 포함한 영역에 설치되어 있는 것이 바람직하다. 그래서, 제1 개구부상에 위치하는 액정층에 효과적으로 전계를 작용시키는 것이 가능하다.

상기 적어도 하나의 제1 개구부는 정방형이어도 좋고, 원형이어도 좋다.

상기 상부 도전층의 상기 적어도 하나의 제1 개구부는 복수의 제1 개구부를 포함하는 것이 좋다. 복수의 제1 개구부를 포함한 구성을 사용하면, 화소 영역 전체에 걸친 안정된 방사상 경사 배향을 형성하는 것이 가능하다. 또한, 응답 속도의 저하를 억제하는 것이 가능하다.

상기 상부 도전층이 포함한 상기 복수의 제1 개구부는 정규적으로 배치되어 있는 것이 바람직하다. 특히, 회전 대칭성을 포함하도록 상기 복수의 제1 개구부를 배치하는 것이 좋다.

상기 유전체층은 상기 적어도 하나의 제1 개구부 내에 오목부 또는 개구를 포함한 구성으로 하는 것도 좋다. 유전체층에 오목부 또는 개구를 포함한 구성을 사용하면, 유전체층에 있어서의 전압 강하를 억제할 수 있다. 또한, 액정층의 두께를 조정하는 것이 가능하다.

상기 하부 도전층은 상기 제1 개구부에 대향하는 영역내에 제2 개구부를 포함한 구성으로 하는 것도 좋다. 제2 개구부는 제1 개구부내의 액정층의 방사상 경사 배향 중심을 안정화하도록 작용한다.

상기 상부 도전층 및 상기 하부 도전층 중 하나는 투명 도전층이고, 다른 하나는 반사 도전층인 구성으로 하여도 좋다. 특히, 상부 도전층을 반사 도전으로 하고, 하부 도전층을 투명 전극으로 한 구성을 사용하면, 투과 모드의 표시 특성과 반사 모드의 표시 특성을 각각 최적화하는 것이 가능해진다.

상기 상부 도전층이 포함한 상기 적어도 하나의 제1 개구부는 복수의 제1 개구부이고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 인가된 전압에 따라 상기 제1 전극에 형성된 상기 복수의 제1 개구부에 대향하는 영역내의 상기 액정층이 각각 방사상 경사 배향 상태를 취하는 복수의 액정 도메인을 형성하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

상기 제2 기판은 상기 복수의 액정 도메인의 적어도 하나의 액정 도메인에 대응하는 영역에, 상기 적어도 하나의 액정 도메인내의 액정 분자를 적어도 전압인가 상태로 두어 방사상 경사 배향으로 배향시키는 배향 규제력을 가하는 배향-규제 구조를 또한 포함하는 구성으로 하는 것도 좋다.

상기 배향-규제 구조는 상기 적어도 하나의 액정 도메인의 중앙 근처에 대응하는 영역에 설치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 적어도 하나의 액정 도메인내에 있어서, 상기 배향-규제 구조에 따른 배향 규제 방향은 상기 방사상 경사 배향의 방향과 일치시키는 것이 바람직하다.

상기 배향-규제 구조는 전압 무인가 상태에 있어서도 액정 분자를 방사상 경사 배향으로 배향시키는 규제력을 가하는 구성으로 하는 것이 좋다.

상기 배향-규제 구조는 상기 제2 기판으로부터 상기 액정층으로 돌출하는 볼록부일 수 있다.

상기 배향-규제 구조는 상기 제2 기판 상에 제공되고, 상기 액정층 근처에 설치된 수평 배향력을 가진 표면을 포함한 구조인 것이 좋다.

상기 배향-규제 구조는 전압인가 상태에 있을 때에만, 액정 전압을 방사상 경사 배향으로 배향시키는 규제력을 가하는 구조인 것도 좋다.

상기 배향-규제 구조는 상기 제2 전극에 설치된 개구부를 포함한 구성일 수 있다.

상기 액정 표시 장치는 상기 액정층을 개재하여 상호 대향하도록 설치된 한 쌍의 편광판을 더 포함하고, 상기 한 쌍의 편광판은 크로스 니콜(crossed-Nicols) 상태로 배치된 구성으로 하는 것도 좋다.

상기 액정 표시 장치는 상기 액정층을 개재하여 상호 대향하도록 설치된 한 쌍의 1/4 파장판을 더 포함하고, 상기 한 쌍의 1/4 파장판 각각은 상기 액정층과 상기 한 쌍의 편광판 각각과의 사이에 배치되어 있는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

상기 액정 표시 장치는 상기 액정층을 개재하여 상호 대향하도록 설치된 한 쌍의 1/2 파장판을 더 포함하고, 상기 한 쌍의 1/2 파장판 각각은 상기 한 쌍의 편광판 각각과 상기 한 쌍의 1/4 파장판 각각과의 사이에 배치되어 있는 구성으로 하는 것이 더 바람직하다.

상기 한 쌍의 1/4 파장판의 지상축(slow axes)은 상호 직교하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 한 쌍의 1/2 파장판의 지상축은 상호 직교하도록 배치되어 있는 것이 바람직하다.

상기 복수의 화소 영역내의 각각의 상기 액정층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 인가된 전압에 따라, 나선형의 배향을 취하는 구성으로 하는 것이 바람직하다.

상기 복수의 화소 영역내의 각각의 상기 액정층은, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 인가된 전압에 의해 상기 액정층을 따라 트위스트 배향 상태를 취하는 미소 영역을 포함하는 것이 더욱 바람직하다.

상기 제1 기판은 상기 복수의 화소 영역 각각에 대향하여 설치된 액티브 소자를 더 포함하고, 상기 제1 전극은 상기 복수의 화소 영역마다 설치되고, 상기 액티브 소자에 의해 스위칭되는 화소 전극이고, 상기 제2 전극은 상기 복수의 화소 전극에 대향하는 적어도 하나의 대향 전극인 구성으로 하는 것이 좋다. 대향 전극은 전형적으로는 단일 전극이다.

본 발명에 따른 다른 액정 표시 장치는 제1 기판과, 제2 기판과, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 사이에 설치된 액정층을 포함하고, 상기 제1 기판의 상기 액정층 근처에 설치된 제1 전극과 상기 제2 기판측 상에 제공된 상기 제1 전극에 의해 규정되는 상기 액정층을 사이에 두고 제1 전극에 대향하는 복수의 화소 영역을 포함하고, 상기 제1 전극은 하부 도전층과, 상기 하부 도전층의 적어도 일부를 커버한 유전체층과, 상기 유전체층측 상에 제공되고 상기 액정층 근처에 설치된 상부 도전층을 포함하고, 상기 복수의 화소 영역 각각에 있어서, 상기 상부 도전층은 복수의 개구부와 중실부(solid portion)를 포함하고, 상기 액정층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 전압이 인가되어 있지 않을 때에 수직 배향을 취하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 인가된 전압에 따라 상기 상부 도전층의 상기 복수의 개구부의 대응하는 엣지부에 생성된 경사 전계에 의해, 상기 복수의 개구부 또는 상기 중실부에, 각각이 방사상 경사 배향을 취하는 복수의 액정 도메인이 형성되고, 인가된 전압에 대응하여 상기 복수의 액정 도메인의 배향이 변화하는 것에 따라 표시를 행하는 구성을 갖는다.

상기 복수의 개구부의 적어도 일부의 개구부는 실질적으로 동일한 형상 및 동일한 크기를 가지며, 회전 대칭성을 갖도록 배치된 적어도 하나의 단위 격자를 형성하는 것이 바람직하다.

상기 복수의 개구부의 상기 적어도 일부의 개구부 각각은 일반적으로 회전 대칭 형상을 갖는 것이 바람직하다.

상기 복수의 개구부의 상기 적어도 일부의 개구부 각각은 일반적으로, 원형 형상을 가질 수 있다.

중실부는 각각이 적어도 하나의 개구부에 의해 실질적으로 둘러싸인 복수의 단위 중실부를 포함할 수 있고, 복수의 단위 중실부 각각은 일반적으로 원형 형상을 가질 수 있다.

복수의 화소 영역 각각에 있어서, 제1 전극의 복수의 개구의 총 면적은 제1 전극의 중실부의 면적보다 작은 것이 바람직하다.

액정 표시 장치는 복수의 개구 각각에 볼록부를 더 포함할 수 있으며, 상기 볼록부는 제1 기판의 평면에서 상기 복수의 개구와 동일한 단면 형상을 가지며, 상기 볼록부의 측면은 액정층의 액정 분자에 대하여 경사 전계에 의한 배향 규제 방향과 동일한 방향의 배향 규제력을 갖는다.

제1 기판은 복수의 화소 영역 각각마다 제공된 액티브 소자를 더 포함할 수 있고, 제1 전극은 복수의 화소 영역 각각마다 제공되어 액티브 소자에 의해 스위칭되는 화소 전극일 수 있으며, 제2 전극은 복수의 화소 영역에 대향하는 적어도 하나의 대향 전극일 수 있다. 전형적으로, 대향 전극은 단일 전극이다.

본 발명의 또 다른 액정 표시 장치는, 제1 기판, 제2 기판, 및 제1 기판과 제2 기판 사이에 제공된 액정층을 갖고, 상기 제1 기판 일측상에 제공된 상기 액정층 근처에 설치된 제1 전극과, 상기 제2 기판 상에 설치되어 상기 제1 전극에 상기 액정층을 사이에 두고 대향하는 제2 전극에 의해 각각이 규정되는 복수의 화소 영역을 갖고, 상기 복수의 화소 영역 각각에 있어서, 상기 액정층은, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 전압이 인가되지 않은 경우에 수직 배향을 취하고, 또한, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 인가된 전압에 따라 배향을 변화시키고, 상기 제1 전극은, 하부 도전층과, 제1 개구부를 갖는 제1 유전체층과, 상기 하부 도전층 및 제1 유전체층 상에 설치된 제2 유전체층과, 상기 제2 유전체층의 일측에 제공되고 상기 액정층 근처에 설치된 상부 도전층을 갖고, 상기 상부 도전층은 적어도 하나의 도전층 개구부를 갖고, 상기 하부 도전층은, 상기 제2 유전체층을 사이에 두고 상기 적어도 하나의 도전층 개구부의 적어도 일부와 대향하도록 설치되어 있고, 또한 상기 제1 개구부는 상기 도전층 개구부에 대응하여 설치되어 있고, 상기 도전층 개구부 내에 위치하는 상기 제2 유전체층의 표면의 높이는, 상기 상부 도전층이 설치되어 있는 영역의 상기 제2 유전체층의 표면의 높이보다도 낮은 구성을 갖는다.

상기 제1 유전체층은, 상기 하부 도전층 상에 설치되어 있고, 상기 제1 개구부는, 상기 하부 도전층의 일부를 노출하도록 형성되어 있는 구성으로서도 좋다.

상기 제1 유전체층은, 상기 하부 도전층 아래에 설치되어 있고, 상기 하부 도전층은 상기 제1 개구부를 덮도록 형성되어 있는 구성으로 하여도 좋다.

상기 제1 기판은 상기 하부 도전층 아래에, 상기 도전층 개구부에 대응하는 영역에 제2 개구부를 갖는 제3 유전체층을 더 구비하여 구성하여도 좋다.

상기 제1 기판은 박막 트랜지스터를 더 갖고, 상기 제3 유전체층은 상기 박막 트랜지스터의 게이트 절연막으로도 작용할 수 있다.

본 발명에 의한 액정 표시 장치의 제조 방법은, 제1 기판과, 제2 기판과, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 사이에 설치된 액정층을 갖고, 상기 제1 기판의 일측상에 제공되고 상기 액정층 근처에 설치된 제1 전극과, 상기 제2 기판 상에 설치되어 상기 제1 전극에 상기 액정층을 사이에 두고 대향하는 제2 전극에 의해 각각이 규정된 복수의 화소 영역을 갖고, 상기 제1 전극은, 하부 도전층과, 제1 개구부를 갖는 제1 유전체층과, 상기 하부 도전층 및 제1 유전체층 상에 설치된 제2 유전체층과, 상기 제2 유전체층의 일측상에 제공되고 상기 액정층 근처에 설치된 상부 도전층을 갖고, 상기 상부 도전층은, 적어도 하나의 도전층 개구부를 갖고, 상기 하부 도전층은 상기 제2 유전체층을 사이에 두고 상기 적어도 하나의 도전층 개구부의 적어도 일부와 대향하도록 설치된 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 기판 상에 하부 도전층을 형성하는 공정과, 상기 기판 상에 제1 개구부를 갖는 제1 유전체층을 형성하는 공정과, 상기 하부 도전층 및 상기 제1 유전체층 상에 상기 제1 개구부에 대응하는 영역의 표면의 높이가 다른 영역의 표면의 높이보다도 낮은 제2 유전체층을 형성하는 공정과, 상기 제1 개구부에 대응하는 영역의 상기 제2 유전체층 상에 유전체층 개구부를 갖는 상부 도전층을 형성하는 공정을 포함하는 상기 제1 전극을 형성하는 공정을 포함한다.

상기 제1 유전체층은, 상기 제1 개구부를 통해 상기 하부 도전층이 노출되도록, 상기 하부 도전층 상에 형성되어도 좋다.

상기 하부 도전층은, 상기 제1 유전체층의 상기 제1 유전체층 개구부를 적어도 덮도록, 상기 제1 유전체층 상에 형성되어도 좋다.

상기 방법은, 상기 하부 도전층을 형성하는 공정 전에, 상기 기판 상에, 제2 개구부를 갖는 제3 유전체층을 형성하는 공정을 더 포함하여도 좋다.

상기 방법은, 상기 기판 상에 박막 트랜지스터를 형성하는 공정을 더 포함하고, 상기 제3 유전체층은, 상기 박막 트랜지스터의 게이트 절연막으로 작용하도록 형성되어도 좋다.

본 발명에 의한 다른 액정 표시 장치의 제조 방법은, 제1 기판과, 제2 기판과, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판과의 사이에 제공된 액정층을 갖고, 상기 제1 기판의 일측상에 제공되고 상기 액정층 근처에 설치된 제1 전극과, 상기 제2 기판 상에 설치된 상기 제1 전극에 상기 액정층을 사이에 두고 대향하는 제2 전극에 의해 각각이 규정되는 복수의 화소 영역을 갖고, 상기 제1 전극은 하부 도전층과, 상기 하부 도전층의 적어도 일부를 덮는 유전체층과 상기 유전체층의 일측상에 제공되고 상기 액정층 근처에 설치된 상부 도전층을 갖고, 상기 상부 도전층은 적어도 하나의 도전층 개구부를 갖고, 상기 하부 도전층은, 상기 유전체층을 사이에 두고 상기 적어도 하나의 도전층 개구부의 적어도 일부를 대향하도록 설치된 액정 표시 장치의 제조 방법에 있어서, 상기 제1 전극을 형성하는 공정은, 기판 상에 하부 도전층을 형성하는 공정과, 상기 하부 도전층 상에 유전체막을 형성하는 공정과, 상기 유전체막 상에 도전층 개구부를 갖는 상부 도전층을 형성하는 공정과, 상기 상부 도전층을 마스크로서 이용하여 상기 도전층 개구부 내의 유전체막을 부분적으로 제거함으로써, 상기 유전체의 표면의 높이가 다른 영역에서 상기 도전층 개구부에 대응하는 영역의 표면의 높이보다도 낮도록 유전체층을 형성하는 공정을 포함하는 제1 전극을 형성하는 공정을 포함한다.

도 1a 내지 도 1c는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(100)의 화소 영역을 개략적으로 도시하는 단면도.

도 2a 및 도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따른 다른 액정 표시 장치(100' 및 100'')의 화소 영역을 각각 개략적으로 도시하는 단면도.

도 3a 내지 도 3c는 종래의 액정 표시 장치(200)의 화소 영역을 개략적으로 도시하는 단면도.

도 4a 내지 도 4c는 비교용의 액정 표시 장치(300)의 화소 영역을 개략적으로 도시하는 단면도.

도 5a 내지 도 5d는 전기력선과 액정 분자의 배향과의 관계를 개략적으로 도시하는 도면.

도 6a 내지 도 6c는 기판 법선 방향으로부터 본 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 분자의 배향을 개략적으로 도시하는 도면.

도 7a 및 도 7b는 나선형 패턴을 갖는 액정 분자의 방사상 경사 배향의 예를 개략적으로 도시하는 도면.

도 8a 내지 도 8c는 액정 분자의 방사상 경사 배향의 예를 개략적으로 도시하는 도면.

도 9a 내지 도 9c는 기판 법선 방향으로부터 본 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치의 액정 분자의 배향을 개략적으로 도시하는 도면.

도 10a 및 도 10b는 액정 분자의 방사상 경사 배향의 예를 개략적으로 도시하는 도면.

도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(400)의 화소 영역을 도시하는 단면도.

도 12a 내지 도 12c는 복수의 정방형 개구부의 배치와 액정 분자의 배향과의 관계를 개략적으로 도시하는 도면.

도 13a 내지 도 13c는 복수의 원형의 개구부의 배치와 액정 분자의 배향과의 간의 관계를 개략적으로 도시하는 도면.

도 14는 복수의 원형 개구부의 또 다른 배치와 액정 분자의 배향과의 관계를 개략적으로 도시하는 도면.

도 15a 및 도 15b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치(400A)의 화소 영역을 개략적으로 도시하는 도면으로서, 도 15a는 평면도, 도 15b는 도 15a의 선 15B-15B'를 따라 절취한 단면도.

도 16a 내지 도 16c는 액정 분자의 방사상 경사 배향의 예를 개략적으로 도시하는 도면.

도 17a 및 도 17b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 이용되는 다른 화소 전극을 개략적으로 도시하는 평면도.

도 18a 및 도 18b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 이용되는 다른 화소 영역을 개략적으로 도시하는 평면도.

도 19a 및 도 19b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 이용되는 다른 화소 전극을 개략적으로 도시하는 평면도.

도 20은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 이용되는 또 다른 대안적인 화소 전극을 개략적으로 도시하는 평면도.

도 21a 및 도 21b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치에 이용되는 또 다른 화소 전극을 개략적으로 도시하는 평면도.

도 22a는 도 15a에 도시된 패턴의 단위 격자를 개략적으로 도시하고, 도 22b는 도 20에 도시된 패턴의 단위 격자를 개략적으로 도시하며, 도 22c는 피치 P와 중실부 면적 비율과의 관계를 도시하는 그래프.

도 23a 및 도 23b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치(400B)의 화소 영역을 개략적으로 도시하는 도면으로서, 도 23a는 평면도, 도 23b는 도 23a의 선 23B-23B'를 따라 절취한 단면도.

도 24a 내지 도 24d는 액정 분자(30a)의 배향과 수직 배향력을 갖는 표면 형상과의 관계를 개략적으로 도시하는 도면.

도 25a 및 도 25b는 액정층(30) 양단에 전압이 인가된 상태를 도시하는 도면으로서, 도 25a는 배향이 방금 변화하기 시작한 상태(초기 온 상태), 그리고 도 25b는 안정한 상태를 개략적으로 도시하는 도면.

도 26a 내지 도 26c는 개구부와 볼록부 간의 서로 다른 관계를 갖는 제2 실시예의 액정 표시 장치(400C, 400D 및 400E)를 각각 개략적으로 도시하는 단면도.

도 27은 도 23a의 선 27A-27A'를 따라 절취한 액정 표시 장치(400B)를 개략적으로 도시하는 단면도.

도 28a 및 도 28b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치(400F)의 화소 영역을 개략적으로 도시하는 도면으로서, 도 28a는 평면도이고, 도 28b는 도 28a의 선 28A-28A'를 다라 절취한 단면도.

도 29a 내지 도 29e는 각각 제2 배향-규제 구조(28)를 포함하는 대향 기판(200b)을 개략적으로 도시하는 도면.

도 30a 및 도 30b는 제1 배향 구조와 제2 배향-규제 구조를 포함하는 액정 표시 장치(400G)를 개략적으로 도시하는 도면으로서, 도 30a는 평면도, 도 30b는 도 30a의 선 30B-30B'를 따라 절취된 단면도.

도 31a 내지 도 31c는 액정 표시 장치(400G)의 화소 영역을 개략적으로 도시하는 단면도로서, 도 31a는 전압이 인가되지 않은 상태를 도시하고, 도 31b는 배향이 방금 변화하기 시작한 상태(초기 온 상태)를 도시하며, 도 31c는 정상 상태를 도시하는 도면.

도 32a 및 도 32b는 제1 배향-규제 구조 및 제2 배향-규제 구조를 포함하는 또 다른 액정 표시 장치(400H)를 개략적으로 도시하는 도면으로서, 도 32a는 평면도이고, 도 32b는 도 32a의 선 32B-32B'를 따라 절취된 단면도.

도 33a 내지 도 33c는 액정 표시 장치(400H)의 화소 영역을 개략적으로 도시하는 도면으로서, 도 33a는 전압이 인가되지 않은 상태, 도 33b는 배향이 방금 변화하기 시작한 상태(초기 온 상태), 도 33c는 정상 상태를 도시하는 도면.

도 34a 내지 도 34c는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(500)의 화소 영역을 개략적으로 도시하는 단면도.

도 35는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(600)의 화소 영역을 개략적으로 나나태는 단면도.

도 36a 및 도 36b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치 내의 화소 전극 부근의 구조를 개략적으로 나타내는 확대 단면도.

도 37a는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치(700)의 화소 영역을 개략적으로 나타내는 단면도이고, 도 37b는 그 평면도.

도 38a는 본 발명의 일 실시예에 따른 2방향 액정 표시 장치(150)의 화소 영역을 개략적으로 도시한 단면도.

도 38b는 본 발명의 일 실시예에 따른 2방향 액정 표시 장치(550)의 화소 영역을 개략적으로 도시한 단면도.

도 38c는 본 발명의 일 실시예에 따른 2방향 액정 표시 장치의 화소 영역을 개략적으로 도시한 단면도.

도 39a 및 도 39b는 본 발명의 일 실시예에 따른 2방향 액정 표시 장치의 화소 영역을 개략적으로 도시한 단면도.

도 40a 및 도 40b는 본 발명의 일 실시예에 따른 2방향 액정 표시 장치 내의 개구 부분의 구조를 개략적으로 도시한 단면도.

도 41a 및 도 41b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치 내에서의 액정 분자의 배향과 편광판의 배치를 도시한 도면(전압이 인가되지 않는 경우).

도 42a 및 도 42b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치 내에서의 액정 분자의 배향과 편광판의 배치를 도시한 도면(전압이 인가되는 경우).

도 43a 및 도 43b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치 내에서의 액정 분자의 배향과 λ/4판의 배치를 도시한 도면(전압이 인가되지 않는 경우).

도 44a 및 도 44b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치 내에서의 액정 분자의 배향과 λ/4판의 배치를 도시한 도면(전압이 인가되는 경우).

도 45a 및 도 45b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치 내에서의 액정 분자의 배향과 λ/4판의 다른 배치를 도시한 도면(전압이 인가되지 않는 경우).

도 46a 내지 도 46c는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치 내에서의 액정 분자의 배향과, 편광판, λ/4판 및 λ/2판의 배치를 도시한 도면(전압이 인가되지 않는 경우).

도 47a 내지 도 47c는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 장치 내에서의 액정 분자의 배향과, 편광판, λ/4판 및 λ/2판의 다른 배치를 도시한 도면(전압이 인가되지 않는 경우).

도 48은 본 발명의 제1 실시예에 따른 투과형 액정 표시 장치(800)를 개략적으로 도시한 단면도.

도 49는 본 발명의 제1 실시예에 따른 투과형 액정 표시 장치(800)를 개략적으로 도시한 평면도.

도 50a 내지 도 50e는 액정 표시 장치(800)의 제조 단계 시퀀스를 개략적으로 도시한 단면도.

도 50f 내지 도 50k는 액정 표시 장치(800)의 다른 제조 단계 시퀀스를 개략적으로 도시한 단면도.

도 51은 액정 표시 장치(800)의 액정층 양단에 전압이 인가되는 경우의 화소 영역을 모습을 개략적으로 도시한 도면.

도 52는 본 발명의 제2 실시예에 따른 투과형 액정 표시 장치(900)를 개략적으로 도시한 단면도.

도 53은 본 발명의 제2 실시예에 따른 투과형 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한 평면도.

도 54는 본 발명의 제3 실시예에 따른 2방향 액정 표시 장치(1000)를 개략적으로 도시한 단면도.

도 55는 본 발명의 제3 실시예에 따른 2방향 액정 표시 장치(1000)를 개략적으로 도시한 평면도.

도 56a 및 도 56b는 액정 표시 장치(1000)의 제조 단계를 개략적으로 도시한 단면도.

도 57은 액정 표시 장치(1000)의 반사 영역 내에서 액정층 양단에 전압이 인가되는 경우에서의 표시 동작을 개략적으로 나타낸 도면.

도 58은 본 발명의 제4 실시예에 따른 2방향 액정 표시 장치(1100)를 개략적으로 도시한 단면도.

도 59a는 액정 표시 장치(1000) 내의 감광 수지층(103)의 개구의 엣지부를 개략적으로 도시한 도면이고, 도 59b는 액정 표시 장치(1100) 내의 감광 수지층(103)의 오목부(103b)의 엣지부를 개략적으로 도시한 도면.

도 60은 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 표시 장치(900)의 상부 도전층(104)의 한 부분을 개략적으로 도시한 평면도.

도 61은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상부 도전층(104)의 측면 근처에 제공된 개구들의 배치를 개략적으로 나타낸 도면.

도 62는 본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상부 도전층(104)의 코너 근처에 제공된 개구들의 배치를 개략적으로 나타낸 도면.

도 63은 본 발명의 제5 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상부 도전층(104)의 절단부 근처에 제공된 개구들의 배치를 개략적으로 나타낸 도면.

도 64는 본 발명의 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상부 도전층(104) 내에서의 개구들의 배치를 개략적으로 나타낸 도면.

도 65는 본 발명의 제6 실시예에 따른 액정 표시 장치의 상부 도전층(104) 내에서의 개구들의 배치를 개략적으로 나타낸 도면.

도 66은 본 발명의 제7 실시예에 따른 액정 표시 장치(1200)를 개략적으로 나타낸 도면.

도 67은 본 발명의 제7 실시예에 따른 액정 표시 장치(1200)를 개략적으로 도시한 단면도.

도 68은 본 발명의 제8 실시예에 따른 액정 표시 장치(1500)의 화소 영역을 개략적으로 도시한 평면도.

도 69는 제8 실시예의 액정 표시 장치(1500)의 화소 영역을 개략적으로 도시한 단면도.

도 70은 제8 실시예의 액정 표시 장치(1500')의 화소 영역을 개략적으로 도시한 단면도.

도 71은 제8 실시예의 액정 표시 장치(1500")의 화소 영역을 개략적으로 도시한 단면도.

도 72a 내지 도 72e는 제8 실시예의 액정 표시 장치의 TFT 기판(1500a)의 제조 공정을 도시한 단면도.

도 73a 내지 도 73e는 제8 실시예의 액정 표시 장치(1500')의 TFT 기판(1500a')의 제조 공정을 도시한 단면도.

도 74a 내지 도 74e는 제8 실시예의 액정 표시 장치(1500")의 TFT 기판(1500a")의 제조 공정을 도시한 단면도.

도 75는 제9 실시예의 액정 표시 장치(1600)의 화소 영역을 개략적으로 도시한 단면도.

도 76a 내지 도 76e는 제9 실시예의 액정 표시 장치(1600)의 TFT 기판(1600a)의 제조 공정을 도시하는 단면도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

11,21: 투명 절연성 기판

12: 하부도전층

13: 유전체층

14,14A,14B,14C,14D,14E,14F,14G,14H,14I: 상부 도전막

14a:개구부

15: 화소전극(2층구조전극)

22: 대향 전극

30: 액정층

30a: 액정 분자

50a,50b: 편광판

60a,60b: λ/4판

70a,70b: λ/2판

100,100',100'': 액정 표시 장치

100a,400a,400b: TFT 기판

100b,200b: 대향 기판

14a: 개구부

14b: 중실부(도전막)

14b': 단위 중실부

22: 대향 전극

30: 액정층

30a: 액정 분자

40,40A,40B,40C,40D: 볼록부

40s: 볼록부의 측면

40t: 볼록부의 정상면

100,100',100'': 액정 표시 장치

100a,400b: TFT 기판

100b:대향 기판

이하에서, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들이 설명될 것이다. 아래의 상세한 설명에서, 도면들의 동일한 참조 번호들은 동일한 구성 요소를 나타낸다.

제1 실시예

우선, 본 발명의 액정 표시 장치의 전극 구조와 그 기능이 설명될 것이다. 본 발명의 액정 표시 장치는 바람직한 표시 특성을 나타내므로, 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치에서 적합하게 이용될 수 있다. 이하에서는, 본 발명의 바람직한 실시예들이 박막 트랜지스터(TFT)를 이용하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치에 관하여 설명되지만, 본 발명은 MIM(금속-절연체-금속) 구조를 이용하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치에도 대안적으로 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 바람직한 실시예들이 투과형 액정 표시 장치에 관하여 설명되지만, 본 발명은 반사형 액정 표시 장치는 물론, 아래에서 설명될 투과-반사형 액정 표시 장치에도 대안적으로 이용될 수 있다.

본 명세서에서는, 표시의 최소 단위인 "화소(picture element)"에 대응하는 액정 표시 장치의 영역을 "화소 영역"으로 칭하기로 한다. 액정 표시 장치에서, R, G, B "화소"는 하나의 "화소"에 대응한다. 액티브 매트릭스형 표시 장치에서, 화소 영역은 화소 전극 및 상기 화소 전극에 대향하는 대향 전극으로 이루어진다. 수동 매트릭스형 액정 표시 장치에서, 화소 영역은 스트라이프 패턴으로 배치된 열 전극들 중 하나가 상기 열 전극들과 수직하여 스트라이프 패턴으로 배치된 행 전극들 중 하나와 교차하는 영역으로 정의된다. 엄격하게 말하면, 블랙 매트릭스를 갖는 구성에서, 화소 영역은 블랙 매트릭스의 개구에 대응하는 의도된 표시 상태에 따라 전압이 인가되는 각 영역의 부분이다.

도 1a 내지 도 1c 각각은, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 장치(100)의 하나의 화소 영역의 단면도를 개략적으로 도시하는 도면이다. 아래의 설명에서는, 간략화를 위해 컬러 필터 및 블랙 매트릭스는 생략하기로 한다. 또한, 이후의 도면들에서, 액정 표시 장치(100)의 대응 구성 요소와 실질적으로 동일한 기능을 갖는 각각의 구성 요소는 동일한 참조 번호로 표시되며, 아래에 보다 상세히 설명될 것이다. 도 1a 내지 도 1c는 편의상 액정 표시 장치(100)의 하나의 화소 영역을 도시하고 있지만, 아래에서도 설명되는 바와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치는, 각각의 화소 영역에서 도 1a 내지 도 1c에 도시된 것과 같은 화소 전극 구조를 적어도 하나 포함할 수 있다.

액정 표시 장치(100)는 액티브 매트릭스 기판(100a)(이하, "TFT 기판"으로 칭함), 대향 기판(100b)(이하, "컬러 필터 기판"으로 칭함), 및 상기 TFT 기판(100a)과 대향 기판(100b) 사이에 배치된 액정층(30)을 포함한다. 액정층(30)의 액정 분자(30a)는 네거티브의 유전률 이방성을 가지며, TFT 기판(100a) 및 대향 기판(100b)의 액정층(30)측의 한 표면에 설치된 수직 배향층(도시되지 않음)에 의해, 액정층(30) 양단에 전압이 인가되지 않는 경우에는, 도 1a에 도시된 바와 같이 수직 배향막의 표면에 대하여 수직으로 배향된다. 이러한 상태를 액정층(30)이 수직 배향된 상태로 한다. 그러나, 수직 배향 상태인 액정층(30)의 액정 분자(30a)는, 이용된 액정 재료의 종류나 수직 배향막의 종류에 따라, 수직 배향막의 표면(기판 표면)에 수직한 방향으로부터 약간 경사질 수 있음에 유의한다. 일반적으로, 수직 배향은 액정 분자의 축("축 배향"으로 칭하기도 함)이 수직 배향막의 표면에 대해 약 85°이상의 각도로 배향된다.

액정 표시 장치(100)의 TFT 기판(100a)은 투명 기판(11)(예를 들어, 유리 기판)과, 상기 투명 기판(11)의 표면 상에 배치되는 화소 전극(15)을 포함한다. 대향 기판(100b)은 투명 기판(21)(예를 들어 유리 기판)과, 상기 투명 기판(21)의 표면 상에 배치되는 대향 전극(22)을 포함한다. 액정층(30)의 배향은, 액정층(30)을 사이에 두고 서로 대향하도록 배치된 화소 전극(15)과 대향 전극(22) 사이에 인가되는 전압에 따라 각각의 화소 영역마다 달라진다. 액정층(30)을 통과하는 광량이나 편광이 액정층(30)의 배향 변화에 따라 달라지는 현상을 이용하여 표시가 이루어진다.

액정 표시 장치(100)의 화소(picture element) 전극(15)은 하부 도전층(12), 하부 도전층(12)의 적어도 일부를 덮는 유전층(13), 및 유전층(13)의 액정층(30)에 보다 가까운 측 상에 제공된 상부 도전층(14)을 포함한다. 도 1a 내지 도 1c에 도시된 액정 표시 장치(100)에 있어서, 하부 도전층(12)은 개구부(14a)에 대향하는 기판(11) 상의 영역을 완전히 덮도록 제공된다(하부 도전층(12)의 면적>개구부(14a)의 면적)

본 실시예의 액정 표시 장치의 화소 전극(15)의 구조는 도시된 예에 한정되지 않는다. 대안으로, 도 2a에 도시된 액정 표시 장치(100')에서와 같이, 하부 도전층(12)이 오직 개구부(14a)에 대향하는 기판(11)의 영역만을 덮도록 제공될 수 있다(하부 도전층(12)의 면적=개구부(14a)의 면적). 대안으로, 도 2b에 도시된 액정 표시 장치(100'')에서와 같이, 하부 도전층(12)이 개구부(14a)에 대향하는 기판(11)의 영역 내의 작은 영역을 덮도록 제공될 수 있다(하부 도전층(12)의 면적<개구부(14a)의 면적). 따라서, 하부 도전층(12)의 구조는, 하부 도전층(12)이 유전층(13)을 사이에 두고 개구부의 적어도 일부와 대향하도록 설치된다면 임의의 특정 구조에 제한되지 않는다. 그러나, 하부 도전층(12)이 개구부(14a)에 대향하는 기판(11)의 영역 내의 작은 영역을 덮도록 제공될 때에는, 기판(11)의 평면 내에는 법선 방향(또는 "기판 법선 방향", 즉, 기판 평면에 수직인 방향)에서 볼때 하부 도전층(12) 및 상부 도전층(14)의 어느 것도 존재하지 않는 영역이 있다. 간극 영역에 대향하는 영역의 액정층(30)에는 충분한 전압이 인가되지 않을 수도 있다. 액정층(30)의 배향을 안정화하기 위하여, 간극 영역(도 2b의 WS)의 폭이 충분히 감소되는 것이 바람직하다. 전형적으로, WS는 약 4 ㎛를 넘지 않는 것이 바람직하다.

하부 도전층(12)과 상부 도전층(14)을 포함하는 화소 전극(15)은 "2층 구조 전극"이라 칭할 수도 있다. "하부층" 및 "상부층"이라는 용어는 여기서 단지 두개의 전극인 하부 도전층(12) 및 상부 도전층(14)의 유전층(13)에 대한 구조를 설명하기 위하여 이용되었으며, 이 용어들은 사용중인 액정 표시 장치의 배치를 제한하는 것은 아니다. 더욱이, "2층 구조 전극"이라는 용어는 하부 도전층(12) 및 상부 도전층(14) 이외의 임의의 전극을 갖는 구조를 배제하지 않으며, 이 용어는 적어도 하부 도전층(12)과 상부 도전층(14)을 포함하고 아래에 기술되는 기능을 가지기만 한다면 어느 전극 구조에라도 적용된다. 또한, 2층 구조 전극은 TFT 형 액정 표시 장치에 있어서의 화소 전극일 필요는 없고, 대안으로 그것이 각 화소 영역마다 2층 구조의 전극을 가진다면 임의의 다른 형태의 액정 표시 장치에도 이용될 수 있다. 구체적으로는, 예를 들어 수동 매트릭스형의 액정 표시 장치에 있어서의 열 전극(신호 전극)이 각 화소 전극 영역마다 2층 구조를 가지면, 각 화소 영역 내의 열 전극은 본 실시예에서 사용된 것과 같이 화소 영역에서 2층 구조 전극으로서 기능할 것이다.

다음에, 도 1a 내지 1c, 도 3a 내지 도 3c, 및 도 4a 내지 도 4c를 참조하여, 2층 구조 전극을 포함하는 액정 표시 장치의 동작을 다른 전극 구조를 갖는 액정 표시 장치의 동작과 비교하면서 설명한다.

우선, 액정 표시 장치(100)의 동작을 도 1a 내지 도 1c를 참조로 하여 설명한다.

도 1a는 전압이 인가되지 않은 액정층(30) 내의 액정 분자(30a)의 배향을 개략적으로 도시한다(OFF 상태). 도 1b는 액정 분자(30a)의 배향이 액정층(30)에 인가된 전압에 따라서 변화하기 시작한 상태(초기 ON 상태)를 개략적으로 도시한다. 도 1c는 인가된 전압에 따라서 변화된 액정 분자(30a)의 배향이 안정 상태가 되는 상태를 개략적으로 도시한다. 도 1a 내지 도 1c는, 간략화를 위해, 화소 전극(15)의 하부 도전층(12)과 상부 도전층(14)에 동일 전압이 인가되는 예를 보여준다. 도 1b와 도 1c에서의 곡선 EQ는 등전위선을 나타낸다.

도 1a에 도시한 바와 같이, 화소 전극(15)과 대향 전극(22)이 등전위에 있는 경우(전압이 액정층(30)에 인가되지 않은 상태), 각 화소 영역의 액정 분자(30a)는 기판들(11과 21)의 표면에 수직으로 배향된다.

전압이 액정층(30)에 인가되면, 도 1b에 도시된 등전위선 EQ(전기력선에 수직함)으로 표현된 전위 경사도(gradient)가 형성된다. 상부 도전층(14)과 대향 전극(22)의 표면들에 평행한 등전위선 EQ로 표현된 일정한 전위 경사도는 화소 전극(15)의 상부 도전층(14)과 대향 전극(22) 사이의 영역 내의 액정층(30)에서 형성된다. 하부 도전층(12)과 대향 전극(22) 간의 전위차에 따른 전위 경사도는 상부 도전층(14)의 개구부(14a) 상부에 위치한 액정층(30)의 영역에서 형성된다. 액정층(30) 내에 형성되는 전위 경사도는 유전층(13)에 의한 전압 강하(용량 분할)에 의해 영향을 받기 때문에, 액정층(30) 내에 형성되는 등전위선 EQ는 개구부(14a)에 대응하는 영역에서 강하된다(등전위선 EQ에 "골(through)"이 형성됨). 개구부(14a)에 대응하는 영역에서 유전층(13) 내에 도시되고 있는 등전위선 EQ의 일부는 유전층(13)에 의해 전압 강하(용량 분할)가 발생하는 것을 나타내고 있다. 하부 도전층(12)이 유전층(13)을 사이에 두고 개구부(14a)에 대향하는 영역에 제공되기 때문에, 개구부(14a)의 중앙 부근에 위치하는 액정층(30) 내에도, 상부 도전층(14) 및 대향 전극(22)의 평면에 대하여 평행한 등전위선 EQ의 일부에 의해 표시되는 전위 경사도가 형성된다(등전위선 EQ의 "곡의 바닥"). 개구부(14a)의 엣지부 EG 상부의 액정층(30) 내에는, 등전위선 EQ의 경사로 표현되는 경사 전계가 형성된다(개구부의 경계를 포함하는 개구부(14a) 내측의 주변부).

네거티브 유전 이방성을 갖는 액정 분자(30a)에는 등전위선 EQ에 평행한(전기력선에 수직함) 액정 분자(30a)의 축 배향을 따르도록 토크가 작용한다. 따라서, 도 1b에 화살표로 도시된 바와 같이, 도 1b의 우측 엣지부 EG 상의 액정 분자는 시계 방향으로 경사지고(회전), 좌측 엣지부 EG 상의 액정 분자(30a)는 반시계 방향으로 경사(회전)진다. 그 결과, 엣지부들 EG 상의 액정 분자(30a)는 등전위선 EQ의 대응하는 부분에 평행하게 배향된다.

이하, 도 5a 내지 도 5d를 참조하면서, 액정 분자(30a)의 배향의 변화를 상세히 설명한다.

액정층(30)에 전계가 형성될 때, 네거티브 유전 이방성을 갖는 액정 분자(30a)에는 그 축 배향을 등전위선 EQ에 평행하게 배향시키도록, 토크가 작용한다. 도 5a에 도시된 바와 같이, 액정 분자(30a)의 축 배향에 수직인 등전위선 EQ에 의해 표현된 전계가 형성될 때, 시계 방향으로 경사지도록 하는 액정 분자(30a)로의 토크 혹은 반시계 방향으로 경사지도록 하는 액정 분자(30a)로의 토크가 동일 확률로 발생한다. 따라서, 도 3a 내지 도 3c를 참조로 하여 이후에 설명될 바와 같이, 상호 대향하는 평행 평판형 전극쌍 사이의 액정층(30)은 시계 방향의 토크를 받는 일부 액정 분자(30a)와 반시계 방향의 토크를 받는 일부 액정 분자(30a)를 갖는다. 그 결과, 액정층(30)에 인가된 전압에 따라 의도하는 배향 상태의 변화가 원할하게 진행되지 않을 수도 있다.

도 1b에 도시된 바와 같이, 액정 분자(30a)의 축 배향에 대해 경사진 등전위선 EQ의 부분으로 표현된 전계가 본 발명의 액정 표시 장치(100)의 개구부(14a)의 엣지부 EG 에서 형성되면, 도 5b에 도시된 바와 같이, 액정 분자(30a)는 등전위선 EQ와 평행하도록 액정 분자(30a)에 대해 회전량이 적은 방향(도시된 예에서는 반시계 방향)으로 경사진다. 액정 분자(30a)의 축 배향에 수직한 등전위선 EQ에 의해 표현된 전계가 형성된 영역에 있는 액정 분자(30a)는, 도 5c에 도시된 바와 같이, 배향이 등전위선 EQ의 경사진 부분 상에 위치하는 액정 분자(30a)의 배향과 연속하도록(일치하도록) 등전위선 EQ의 경사진 부분 상에 위치한 액정 분자(30a)와 동일한 방향으로 경사진다. 여기서 사용된 "등전위선 EQ 상에 위치함"이라는 구문은 "등전위선 EQ로 표현되는 전계 내에 위치한다"는 것을 의미한다.

등전위선 EQ의 경사진 부분 상에 위치하는 액정 분자(30a)로부터 시작하는 배향의 변화가 상술한 바와 같이 진행되고, 도 1c에 개략적으로 도시된 바와 같이 정상 상태에 도달한다. 개구부(14a)의 중앙 부근에 위치하는 액정 분자(30a)는 개구부(14a)의 대향 엣지부 EG에서 액정 분자(30a)의 각 배향에 실질적으로 동일하게 영향을 받기 때문에, 등전위선 EQ에 수직한 배향 상태를 유지한다. 개구부(14a)의 중앙으로부터 벗어난 액정 분자(30a)는 가까운 엣지부 EG에 있는 다른 액정 분자(30a)의 배향의 영향을 받아 경사지며, 개구부(14a)의 중심 SA에 대하여 대칭인 경사진 배향을 형성한다. 액정 표시 장치(100)의 표시면에 수직인 방향에서 보면(기판(11과 21) 표면에 수직인 방향), 배향은 액정 분자(30a)가 개구부(14a)의 중심에 관하여 방사형의 축 배향(도시되지 않음)을 갖는 상태이다. 본 명세서에서는, 이러한 배향 상태를 "방사상 경사 배향"이라고 부른다.

액정 표시 장치의 전 방위각에서의 시각 의존성을 개선하기 위해서, 각 화소 영역 내의 액정 분자들의 배향이 표시면에 수직인 축에 대하여 바람직하게는 회전 대칭성을 가지고, 더욱 바람직하게는 축 대칭성을 갖는다. 따라서, 개구부(14a)는 바람직하게는, 각 화소 영역 내의 액정 분자(30a)의 배향이 회전 대칭성(또는 축 대칭성)을 가지도록 배치된다. 각 화소 영역 마다 하나의 개구부(14a)가 제공되는 경우, 개구부(14a)는 화소 영역의 중앙에 설치하는 것이 바람직하다. 또한, 개구부(14a)의 형상(액정층(30)의 층면 내에서의 형상)은 바람직하게는 회전 대칭성(축 대칭성)을 갖는다. 바람직하게는, 개구부(14a)의 형상은 정방형과 같은 정다각형이나, 원형이다. 각 화소 영역마다 복수개의 개구부(14a)가 제공된 구조를 아래에 기술한다.

도 1a 내지 도 1c를 참조로 하여 상술한 바와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치(100)는 각 화소 영역 마다 2층 구조 전극(15)을 포함하고, 경사진 영역을 갖는 등전위선 EQ으로 표현된 전계가 화소 영역 내의 액정층(30)에 제공된다. 액정층(30) 내에 네거티브 유전 이방성을 갖는 액정 분자(30a)는 전압이 인가되지 않는 경우에 수직 배향 상태에 있으며, 등전위선 EQ의 경사진 부분 상에 위치하는 액정 분자(30a)의 배향의 변화로부터 시작하여 그들의 배향을 변화하여(그 액정 분자(30a)의 배향에서의 변화가 트리거로서 기능함), 점차적으로 안정된 방사상 경사 배향을 형성한다. 물론, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 액정 표시 장치(100')와 액정 표시 장치(100'')는 각각 유사한 방식으로 동작한다. 그러나, 만약 도 2b의 구조에 있어서, 간극 영역WS이 과도하게 커지면(예를 들어, 약 4㎛이상), 개구부(14a)의 엣지부에 충분한 전압이 인가되지 않을 수 있어, 그에 따라 영역이 표시에 기여하지 않게 된다.

다음에, 도 3a 내지 도 3c를 참조로 하여 액정 표시 장치(200)의 종래의 전형적인 동작에 대해 설명하고, 도 3a 내지 도 3c는 액정 표시 장치(200)의 1개의 화소 영역을 개략적으로 도시한다.

액정 표시 장치(200)는 상호 대향하도록 배치된 화소 전극(15A)과 대향 전극(22)을 포함한다. 화소 전극(15A)과 대향 전극(22)은 각각 개구부(14a)를 갖지 않는 단일의 도전층으로 구성되어 있다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 액정층(30)에 전압이 인가되지 않은 경우에 액정층(30)은 수직 배향 상태를 취한다.

액정층(30)에 전압을 인가함으로써 형성된 전계는 도 3b에 도시된 바와 같이, 화소 영역 전체에 걸쳐 화소 전극(15A)과 대향 전극(22)의 표면과 평행한 등전위선 EQ으로 표현된다. 액정 분자(30a)는 그 축 배향이 등전위선 EQ과 평행하도록 배향 방향을 변화시키게 된다. 그러나, 등전위선 EQ이 액정 분자(30a)의 축 배향과 수직하는 전계에서는, 도 5a에 도시된 바와 같이, 액정 분자(30a)가 경사진(회전) 방향이 고유하게 정해지지 않는다. 그러한 경우에, 액정 분자(30a)는 통상 수직 배향막의 궤도면 구성에 의해 영향을 받는 다양한 방향으로 경사지기 시작한다. 그 결과, 액정 분자(30a)는 여러 화소 영역에서 상이한 배향을 가지므로, 액정 표시 장치(200)는 불균일한 표시를 생성한다. 더우기, 상술된 본 발명의 액정 표시 장치(100)에 비해, 액정층(30)의 배향이 도 3c에 도시된 정상 상태에 도달하기 위해서는 보다 긴 시간이 필요하다.

따라서, 본 발명의 액정 표시 장치(100)는 불균일성을 갖지 않고 표시 품위가 양호하고, 종래의 액정 표시 장치(200)에 비해 고속 응답을 갖는다.

이하, 도 4a 내지 4c를 참조하여, 화소 전극(15B)에 개구부(15b)를 갖는 액정 표시 장치의 동작이 설명될 것이다. 화소 전극(15B)은, 그것이 개구부(15b)를 갖는 단일 전극으로 이루어지고, 하부 도전층(12)을 가지지 않는다(예를 들어, 도 1a 내지 1c를 참조)는 점에서 본 발명의 액정 표시 장치의 화소 전극(15)과 상이하다. 액정 표시 장치(300)는 상술된 일본 특개평 6-301036호에 개시된 대향 전극에 개구부를 갖는 액정 표시 장치와 같이 액정층(30)에 경사 전계를 생성한다.

액정 표시 장치(300)의 액정층(30)은 도 4a에 도시된 바와 같이 인가 전압이 없을 경우 수직 배향을 가진다. 인가 전압이 없을 경우 액정층(30)의 배향은 본 발명의 액정 표시 장치(도 1a 내지 1c 및 도 2a 및 2b) 또는 종래의 액정 표시 장치(도 3a 내지 3c)와 동일하다.

액정층(30)에 전압이 인가되면, 도 4b에 도시된 등전위선 EQ으로 표시된 전계가 생성된다. 화소 전극(15B)은 본 실시예의 액정 표시 장치(100)의 화소 전극(15)(도 1a 내지 1c 참조)과 마찬가지로 개구부(15b)를 포함하기 때문에, 액정 표시 장치(300)의 액정층(30)에 생성된 등전위선 EQ은 개구부(15b)에 대응하는 영역에서 강하되어, 개구부(15b)의 엣지부 EG 상의 액정층(30)내에 등전위선 EQ으로 표시되는 경사 전계를 생성한다. 그러나, 화소 전극(15B)이 단일 도전층으로 이루어지고 개구부(15b)에 대응하는 영역에서 하부 도전층(화소 전극의 전위와 동일한 전위)을 갖지 않기 때문에, 개구부(15b) 상의 액정층(30) 내에 전계가 생성되지 않은 영역(등전위선 EQ이 없는 영역)이 존재한다.

그러한 전계하에 있는 네거티브 유전률 이방성을 갖는 액정 분자(30a)는 다음과 같이 동작한다. 먼저, 개구부(15b)의 우측 엣지부 EG 상의 액정 분자(30a)는 도 4b중에 화살표로 도시한 바와 같이, 시계 방향으로, 도면 중의 좌측 엣지부 EG에서는 반시계 방향으로 각각 경사(회전)되어, 등전위선 EQ에 평행하게 각각 배향된다. 이것은, 도 1b을 참조하여 상술된 본 실시예의 액정 표시 장치(100)에 있어서의 액정 분자(30a)와 동일한 동작이고, 엣지부 EG 부근의 액정 분자(30a)의 경사(회전) 방향을 고유적으로 결정하여 안정적으로 배향 변화를 실현할 수 있다.

그러나, 엣지부 EG를 제외한 개구부(15b) 상의 영역내의 액정층(30)에는 전계가 생성되지 않기 때문에, 배향을 변화시키는 토크는 발생하지 않는다. 그 결과, 충분한 시간이 경과한 후 액정층(30)의 배향 변화가 정상 상태에 도달하더라도, 도 4c에 도시한 바와 같이, 엣지부 EG를 제외한 개구부(15b) 상의 영역내의 액정층(30)은 수직 배향 상태로 남게 된다. 물론, 엣지부 EG 부근의 다른 액정 분자(30a)의 배향 변화의 영향을 받아 일부 액정 분자(30a)의 배향이 변한다. 그러한 영향은 개구부(15b) 상의 액정층(30)내의 모든 액정 분자(30a)의 배향을 변화할 수는 없다. 개구부(15b)의 단부에서 소정 거리에 있는 액정 분자(30a)가 그 영향을 받는지는 액정층(30)의 두께나 액정 재료의 물리적 특성(예를 들어, 유전률 이방성의 크기, 탄성율 등)에도 의존하지만, 개구부(15b)를 통해 서로 인접하여 배치된 도전층이 실제로 존재하는 2개의 영역(또한 "중실부(solid portion)"라 함) 사이의 거리가 약 4㎛ 이상이면, 개구부(15b)의 중앙 부근의 액정 분자(30a)는 전계에 의해서 배향을 변화하지 않고, 수직 배향을 유지한다. 따라서, 액정 표시 장치(300)의 액정층(30) 내의 개구부(15b) 상에 위치하는 영역은, 표시에 기여하지 않기 때문에, 표시 품위가 저하된다. 예를 들면, 통상적 블랙의 표시 모드에 있어서는, 실효 개구부율이 저하하여 표시 휘도가 저하된다.

상술된 바와 같이, 액정 표시 장치(300)에서는, 개구부(15b)를 갖는 화소 전극(15B)에서 형성되는 경사 전계에 의해서, 액정 분자(30a)의 배향이 변화하는 방향이 고유하게 결정되어, 종래의 전형적인 액정 표시 장치(200)에 발생하는 표시가 불균일해지는 것을 방지할 수 있다. 그러나, 액정 표시 장치(300)에서는 휘도가 저하된다. 반면에, 본 실시예의 액정 표시 장치(100)는 개구부(14a)를 갖는 상부 도전층(14)과 개구부(14a)와 대향하도록 설치된 하부 전극(12)을 포함하기 때문에, 개구부(14a) 상에 위치하는 액정층(30)의 거의 모든 영역에 전계를 인가하여 그 영역이 표시에 기여할 수 있게 된다. 따라서, 본 실시예의 액정 표시 장치(100)는 고휘도를 가지며 불균일하지 않은 고품위의 표시를 실현할 수가 있다.

본 실시예의 액정 표시 장치에 구비된 2층 전극(화소 전극)(15)의 상부 도전층(14)의 개구부(14a)의 형상(기판 법선 방향에서 볼 때)에 대해서 설명하기로 한다. 개구부(14a)의 형상은 다각형, 원형 또는 타원형일 수도 있다.

액정 표시 장치의 표시 특성은 액정 분자의 배향 상태(광학적 이방성)에 기인한 방위각 의존성을 나타낸다. 표시 특성의 방위각 의존성을 저감하기 위해서는, 액정 분자가 모든 방위각에 대하여 실질적으로 동일한 확률로 배향되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 각각의 화소 영역내의 액정 분자가 모든 방위각에 대하여 동일한 확률로 배향되는 것이다. 따라서, 개구부(14a)는 각각의 화소 영역내의 액정 분자가 모든 방위각에 대하여 실질적으로 동일한 확률로 배향되는 형상을 갖는 것이 바람직하다. 보다 구체적으로는, 개구부(14a)의 형상은 각각 화소 영역의 중심을 가로질러 법선 방향으로 연장되는 대칭축에 대해 회전 대칭성을 갖는 것이 바람직하다. 개구부(14a)의 형상은 적어도 2회 회전축의 고차 회전축을 갖는 것이 보다 바람직하다.

개구부(14a)의 형상이 다각형일 경우의 액정 분자(30a)의 배향을 도 6a 내지 도 6c를 참조하여 설명하기로 한다. 도 6a 내지 도 6c는 각각, 기판 법선 방향에서 본 액정 분자(30a)의 배향 상태를 개략적으로 도시하고 있다. 도 6b 및 도 6c와 같이, 기판 법선 방향에서 본 액정 분자(30a)의 배향을 나타내는 도면에서는, 타원형으로 그려진 액정 분자(30a)의 검은 선의 단부는, 그 단부가 다른 단부보다도 개구부(14a)를 갖는 2층 전극이 설치된 기판에 근사하도록, 액정 분자(30a)가 경사하고 있는 것을 나타내고 있다. 이러한 것은 다음의 도면에도 동일하게 적용된다.

구형의 화소 영역에 대응하도록 구형(정방형과 장방형을 포함)을 갖는 개구부(14a)가 설치된 예시적 구성을 후술하기로 한다. 도 6a의 1A-1A'선에 따른 단면도, 도 6b의 1B-1B'선에 따른 단면도, 도 6c의 1C-1C'선에 따른 단면도는 각각 도 1a, 도 1b, 도 1c에 대응하며, 이러한 도 1a 내지 도 1c를 참조하며 후술될 것이다. 물론, 화소 영역(화소 전극(15))의 형상은 기술된 예에 한정되지는 않는다.

하부 도전층(12)과 상부 도전층(14)을 갖는 화소 전극(15) 및 대향 전극(22)이 등전위일 때, 즉 액정층(30)에 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서는, TFT 기판(100a) 및 대향 기판(100b)의 액정층(30)측 표면에 설치된 수직 배향층(도시되지 않음)에 의해서 배향 방향이 규제되는 액정 분자(30a)는 도 6a에 도시한 바와 같이 수직 배향을 취한다.

액정층(30)에 전계를 인가하여, 도 1a에 도시된 등전위선 EQ으로 표시된 전계가 발생하면, 네거티브의 유전률 이방성을 갖는 액정 분자(30a)의 축 배향이 등전위선 EQ에 평행하게 되는 토크가 생성된다. 도 5a 및 도 5b를 참조하여 상술한 바와 같이, 액정 분자(30a)의 분자축에 대해 수직인 등전위선 EQ으로 표시된 전계에서의 액정 분자(30a)는 액정 분자(30a)가 경사(회전)진 방향이 고유적으로 정해지지 않기 때문에(도 5a), 배향의 변화(경사 또는 회전)가 쉽게 발생되지 않는다. 반면에, 액정 분자(30a)의 분자축에 대해 경사진 등전위선 EQ 하의 액정 분자(30a)는 경사(회전) 방향이 고유적으로 결정되기 때문에 배향의 변화가 쉽게 발생된다. 도 6a 내지 도 6c에 도시된 구조에서는, 등전위선 EQ에 대하여 액정 분자(30a)의 분자축이 경사져 있는 상부 도전층(14)의 구형의 개구부(14a)의 4변의 엣지부에서 액정 분자(30a)가 경사하기 시작한다. 그 후, 도 5c를 참조하여 상술한 바와 같이, 개구부(14a)의 엣지부에서 이미 경사진 액정 분자(30a)의 배향과 정합하도록 주위의 액정 분자(30a)도 경사하여, 도 6c에 도시된 바와 같이 액정 분자(30a)의 축 배향이 안정화된다(방사상 경사 배향).

상술된 바와 같이, 상부 도전층(14)의 개구부(14a)가 슬릿형(길이에 대하여 폭(폭에 직교)이 현저하게 작은 형상)이 아니고 구형이면, 화소 영역내의 액정 분자(30a)는 전압 인가시에 개구부(14a)의 4변의 엣지부로부터 개구부(14a)의 중심을 향해서 액정 분자(30a)가 경사진다. 그 결과, 엣지부에서의 각각의 액정 분자(30a)의 배향 규제력이 균형 있는 개구부(14a)의 중앙 부근의 액정 분자(30a)는 기판면에 대하여 수직으로 배향한 상태를 유지하고, 그 주위의 액정 분자(30a)가 개구부(14a)의 중앙 부근의 액정 분자(30a)를 중심으로 연속적으로 방사상 경사 배향한다. 상술된 바와 같이, 화소 영역마다 액정 분자(30a)가 방사상 경사 배향을 취하면, 모든 시야각(방위각 방향도 포함함)에 대하여, 각각의 축 배향의 액정 분자(30a)가 존재할 확률이 거의 같게 되어 모든 시야각에 대하여, 불균일하지 않은 고품위의 표시를 실현할 수가 있다.

또한, 개구부(14a)의 형상이 회전 대칭성(4회 회전축을 갖는)이 높은 정방형이면, 개구부(14a)의 형상이 회전 대칭성이 낮은(2회 회전축을 갖는) 장방형인 경우보다도, 개구부(14a)의 중심을 대칭축으로 하는 액정 분자(30a)의 방사상 경사 배향의 대칭성이 높기 때문에, 시야각에서 한층 불균일하지 않은 양호한 표시를 실현할 수 있다. 상기 설명에서는, 개구부(14a)의 형상의 한 예로서 구형을 사용하였지만, 개구부(14a)의 주변의 내측의 액정 분자(30a)가 전압 인가시에 안정된 방사상 경사 배향을 취하기만 하면, 임의의 다른 다각형일 수도 있으며, 회전 대칭성이 높은 정다각형이 바람직하다.

방사상 경사 배향의 액정 분자(30a)의 경우, 도 8b 또는 도 8c에서 도시된 반시계 방향 또는 시계 방향의 나선형 패턴을 갖는 방사상 경사 배향은 도 8a에서 도시된 단순한 방사상 경사 배향보다 안정하다. 여기에서 사용된 나선형 배향은 액정층면 내(기판면 내)의 액정 분자의 배향 상태를 나타낸다. 액정 재료에 소량의 키랄제를 첨가한 때 관측된 나선형 배향에서, 통상의 트위스트 배향과 같이 액정층(30)의 두께 방향에 따라 액정 분자(30a)의 배향 방향이 나선형에서 거의 변화하지 않는다. 나선형 배향에서, 액정 분자(30a)의 배향 방향은 미소 영역에 대해서는 액정층(30)의 두께를 따라 사실상 변화하지 않는다. 환언하자면, 임의의 두께의 액정층(30)에서의 단면(액정층 평면과 평행한 평면)의 배향은 도 8b 또는 도 8c에서 도시된 바와 같고, 액정층(30)의 두께를 따라 트위스트 변형이 거의 일어나지 않는다. 그러나, 전체적으로는 개구부(14a)에서, 어느 정도의 트위스트 변형은 있을 수 있다.

네거티브의 유전율 이방성을 갖는 네마틱 액정 재로에 키랄제를 첨가하여 얻어진 재료를 사용하면, 액정 분자(30a)는 전압이 인가될 때 도 7a 또는 도 7b에서 도시된 바와 같이 개구부(14a)를 중심으로 반시계 또는 시계 방향 나선형 패턴의 방사상 경사 배향을 취한다. 나선형 패턴이 반시계 방향인지 또는 시계 방향인지는, 사용된 키랄제 유형에 따라 정해진다. 이와 같이, 전압이 인가될 때 개구부(14a)의 액정층(30)을 나선형 패턴의 방사상 경사 배향으로 제어함으로써, 기판면에 수직으로 직립한 방사상 경사 액정 분자(30a)의 나선형 패턴 방향은 모든 개구부(14a)에서 일정하게 됨으로써 불균일하지 않은 균일한 표시를 행할 수 있다. 기판면에 수직으로 직립한 액정 분자(30a)를 중심으로 한 나선형 패턴의 방향이 일정하므로, 액정층(30)에 전압을 인가하였을 때의 응답 속도도 개선된다.

더욱이, 다량의 키랄제를 첨가하면, 액정 분자(30a)의 배향은, 그 미소 영역에 대해 나선형 배향 상태의 액정에서도, 액정층(30)의 두께를 따라 나선형 패턴으로 정상 트위스트 배향에서와 같이 변화한다. 액정 분자(30a)의 배향이 액정층(30)의 두께를 따라 나선형 패턴으로 변화하지 않는 배향에서는, 편광판의 편광축에 수직 또는 평행하게 배향된 액정 분자(30a)는 입사광에 대해 위상차를 일으키지 않음으로써, 이러한 배향의 영역을 통과하는 입사광은 투과율에는 기여하지 않게 된다. 예를 들면, 편광판이 크로스 니콜(crossed-Nicols) 상태로 배치된 액정 표시 장치의 화이트 디스플레이 상태를 생성하는 화소 영역을 관찰하면, 방사상 경사 배향 액정 도메인의 중앙부에서 십자형의 소광막 패턴이 명확히 관찰된다.

이와 반대로, 액정 분자(30a)의 배향이 액정층(30)의 두께를 따라 나선형 패턴으로 변화하는 배향에서는, 편광판의 편광축에 수직 또는 평행하게 배향된 액정 분자(30a)는 입사광에 대해 위상차를 일으켜 선광성을 이용할 수 있으므로, 이러한 배향의 영역을 통과하는 입사광은 투과율에는 기여하게 된다. 따라서, 밝은 디스플레이를 행할 수 있는 액정 표시 장치를 얻을 수 있다. 예를 들면 편광판이 크로스 니콜(crossed-Nicols) 상태로 배치된 액정 표시 장치의 화이트 디스플레이 상태의 화소 영역을 관찰하면, 방사상 경사 배향 액정 도메인의 중앙부에서 십자형의 소광막 패턴이 불명확하게 되고, 이에 의해 전체적으로 표시가 더 밝아진다. 액정층의 트위스트 각은 선광성(optical rotatory power)으로 인한 광 효율을 효과적으로 개선시키기 위해서는 약 90도인 것이 바람직하다.

개구부(14a)의 형상은 상술된 다각형에만 한정되지 않고, 원형이나 타원형의 다른 형상일 수 있다. 개구부(14a)의 형상이 원형인 경우의 액정 분자(30a)의 배향에 대해 도 9a 내지 도 9c를 참조하면서 설명하기로 한다. 도 9a 내지 도 9c 각각은 기판 법선 방향에서 관찰한 액정 분자(30a)의 배향을 개략적으로 도시한 것이다. 정방형의 화소 영역이 원형의 개구부(14a)를 갖고 있는 일례의 구조를 이하에서 기술하기로 한다. 도 9a의 1A-1A'선, 도 9b의 1B-1B'선, 도 9c의 1C-1C'선을따라 절취한 단면들은 도 1a 내지 도 1c에 대응하고, 도 1a 내지 도 1c는 이하에서 설명하기로 한다.

하부 도전층(12) 및 상부 도전층(14)을 포함하는 화소 전극(15), 및 대향 전극(22)이 등전위, 즉 액정층(30)에 전압이 인가되지 않은 상태이면, TFT 기판(100a)와 액정층(30)에 보다 근접한 대향 기판(100b) 각각의 한 측 상에 제공된 수직 배향층(도시 안됨)에 의해 배향 방향이 규제되는 액정 분자(30a)는 도 9a에서 도시된 바와 같이 수직 배향을 취한다.

액정층(30)에 전계를 인가하여 도 1a에 도시된 등전위선 EQ로 표시되는 전계를 발생시키면, 네거티브의 유전률 이방성을 갖는 액정 분자(30a)에는 그들의 축 배향이 등전위선 EQ와 평행하게 되도록 하는 토크가 작용한다. 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한 바와 같이, 액정 분자축과 수직인 등전위선 EQ로 표시되는 전계 하에서의 액정 분자(30a)의 경우에는, 액정 분자(30a)가 경사(회전)지는 방향은 고유하게 정해지지 않기 때문에(도 5), 배향 변화(경사 또는 회전)가 용이하게 일어나지 않는다. 이에 반해, 액정 분자(30a)의 분자축에 대해 경사진 등전위선 EQ 하에 있는 액정 분자(30a)의 경우에는, 경사(회전) 방향이 고유하게 정해지므로 배향 변화가 용이하게 일어난다. 도 9a 내지 도 9c에서 도시된 구조에서는, 액정 분자(30a)의 분자축이 등전위선 EQ에 대해 경사지는 상부 도전층(14)의 원형 개구부(14a)의 원주를 따르는 엣지부부터 경사지기 시작한다. 이로써, 도 5c를 참조하여 기술한 바와 같이, 개구부(14a)의 엣지부에서 이미 경사진 액정 분자(30a)의 배향과 정합하도록 주변의 액정 분자(30a)가 경사진다. 따라서, 액정 분자(30a)의 축배향은 도 9c에서 도시된 바와 같이 안정하게 된다(방사상 경사 배향).

상술된 바와 같이, 상부 도전층(14)의 개구부(14a)가 원형인 경우, 화소 영역 내의 액정 분자(30a)는 전압의 인가에 의해 개구부(14a)의 원주 엣지부로부터 개구부(14a)의 중심을 향해 연속적으로 경사지기 시작한다. 그 결과, 엣지부에서의 액정 분자(30a)로부터의 각각의 배향 규제력이 균형을 이루는 개구부(14a)의 중심 주변의 액정 분자(30a)는 기판면에 대해 수직 배향인 상태를 유지하는 반면, 그 주변의 액정 분자(30a)는 개구부(14a)의 중앙 부근의 액정 분자(30a)를 중심으로 하여 방사상 패턴으로 개구부(14a)의 중심에서 멀어질수록 점차 경사도가 증가하도록 경사지는 배향(방사상 경사 배향)이 얻어진다. 개구부(14a)의 형상이 원형인 경우에는, 사각형인 경우에 비해 방사상 경사 배향의 중심(기판면에 대해 수직으로 배향된 액정 분자(30a)의 위치)이 개구부(14a)의 중심에서 안정하게 형성되므로, 전압 인가 시에 모든 방향에서 변동이 없는 고화질의 표시를 실현할 수 있다.

개구부(14a)의 형상이 원형인 경우에 얻어지는 방사상 경사 배향의 중심 위치가 안정화되는 효과는 원의 회전 대칭성이 높다는 것과, 액정 분자(30a)의 경사 방향을 결정하는 원형 개구부(14a)의 엣지가 연속성이라는 사실에 근거하는 것으로 여겨진다. 개구부(14a)의 엣지의 연속성으로 인한 방사상 경사 배향의 안정화 효과는 개구부(14a)의 형상이 타원형일 때에도 얻어질 수 있다.

도 8a 내지 도 8c를 참조하여 상술한 바와 같이, 액정 분자(30a)의 방사상 경사 배향은 나선형 패턴을 제공함으로써 더욱 안정화될 수 있다. 그러므로, 도 10a 또는 도 10b에서 도시된 바와 같이, 개구부(14a)를 중심으로 한 반시계 또는 시계 방향으로의 방사상 경사 배향을 이용하는 것이 바람직하다. 특히, 개구부(14a)의 면적이 커서, 개구부(14a)의 측에서부터 그 중심까지의 거리가 길면, 이러한 경우에는 개구부(14a) 내의 액정 분자(30a)의 배향이 안정화되기 어렵기 때문에, 나선형 패턴이 바람직하다. 방사상 경사 배향에 대해서는, 예를 들어, 액정 재료에 키랄제를 첨가함으로써 나선형 패턴을 제공할 수 있다.

복수의 개구부를 갖는 구성

상기에서는, 각 화소 영역마다 1개의 개구부를 제공하는 예에 대해, 개구부를 갖는 2층 전극의 구조 및 작용을 설명하였지만, 각 화소 영역마다 복수개의 개구부를 제공할 수 있다. 이하의 기술에서는, 각 화소 영역마다 복수개의 개구부를 갖는 2층의 화소 전극을 이용한 구조에 대해 기술하기로 한다.

각 화소 영역마다 복수개의 개구부가 제공되면, 개구부 각각은 화소 영역 내의 액정 분자들이 모든 방위각에서 균일한 배향을 취하도록 회전 대칭성을 갖는 형상을 취하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는, 복수개의 개구부의 배치를 회전 대칭성으로 하는 것이다. 이하에서는, 복수개의 개구부가 각 화소 영역마다 회전 대칭성을 갖도록 배치되는 2층의 화소 전극을 포함한 실례의 액정 표시 장치에 대해 기술하기로 한다.

도 11a 내지 도 11c 각각은 복수개의 개구부(14a; 14a1 및 14a2를 포함함)를 갖는 화소 전극(15)을 포함하는 액정 표시 장치(400)의 한 화소 영역에 대한 단면 구조를 도시하고 있다. 액정 표시 장치(400)는 TFT 기판(400a)과 대향 기판(100b; 도 1a 내지 도 1c에서 도시된 대향 기판(100b)과 실질적으로 동일함)을 포함한다.

도 11a는 전압이 인가되지 않을때 액정층(30) 내의 액정 분자(30a)의 배향(OFF 상태)을 개략적으로 도시한다. 도 11b는 액정 분자(30a)의 배향이 액정층(30)에 인가되는 전압에 따라 막 변화하기 시작한 상태(초기 ON 상태)를 개략적으로 도시한다. 도 11c는 인가된 전압에 따라 변화한 액정 분자(30a)의 배향이 정상 상태로 되는 상태를 개략적으로 도시한다. 도 11a 내지 도 11c 각각은 각 화소 영역마다 단지 하나의 개구부(14a)만을 갖는 화소 전극(15)을 포함하는 액정 표시 장치(100)를 도시하는 도 1a 내지 도 1c에 대응한다. 도 1a 내지 도 1c에서는, 유전체층(13)을 사이에 두고 개구부(14a1 및 14a2)와 대향하도록 제공된 하부 도전층(12)은 개구부(14a1 및 14a2) 모두에 중첩하고, 또한 개구부(14a1)와 개구부(14a2) 사이의 영역(상부 도전층(14)이 존재하는 영역)에서 연장한다. 그러나, 하부 도전층(12)이 도 11a 내지 도 11c에서 도시된 바와 같은 개구부(14a1 및 14a2)에 대해 소정 위치 관계를 갖는 한, 하부 도전층(12)의 이것에만 한정되는 것은 아니다. 유전체층(13)을 사이에 두고 상부 도전층(14)의 도전층이 존재하는 영역에 대향하도록 한 위치에 제공된 하부 도전층(12)은 액정층(30)에 인가되는 전계에 사실상 영향을 주지 않는다. 그러므로, 이러한 하부 도전층(12)은 패터닝될 수도 패터닝 되지 않을 수도 있다.

도 11a에서 도시된 바와 같이, 화소 전극(15) 및 대향 기판(22)이 등전위(액정층(30)에 전압이 인가되지 않은 상태)를 가지면, 화소 영역 내의 액정 분자(30a)는 기판(11 및 21)의 표면에 대해 수직으로 배향된다.

액정층(30)에 전압이 인가되면, 도 11b에서 도시된 등전위선 EQ로 표시되는 전위 경사도가 형성된다. 화소 전극(15)의 상부 도전층(14)과 대향 전극(22) 사이의 영역 내의 액정층(30)에서는 상부 도전층(14) 및 대향 전극(22)의 표면에 대해 평행한 등전위선 EQ로 표시되는 균일한 전위 경사도가 형성된다. 상부 도전층(14)의 개구부(14a1 및 14a2) 위에 위치된 액정층(30)의 영역에서는 하부 도전층(12)과 대향 전극(22) 간의 전위차에 따른 전위 경사도가 형성된다. 액정층(30)에서 형성된 전위 경사도는 유전체층(13)으로 인한 전압 강하에 의해 영향을 받기 때문에, 액정층(30) 내의 등전위선 EQ는 개구부(14a1 및 14a2)에 대응하는 영역에서 강하된다(등전위선 EQ에 "골(trough)"이 형성된다). 유전체층(13)을 통해 개구부(14a1 및 14a2)에 대향하는 영역에 하부 도전층(12)이 형성되어 있기 때문에, 개구부(14a1 및 14a2)의 각각의 중앙부 주변의 액정층(30)은, 상부 도전층(14) 및 대향 전극(22)의 면에 대하여 평행한 등전위선 EQ의 일부분에 의해서 나타내지는 전위 경사도를 갖는다(등전위선 EQ에 「골의 바닥」). 개구부(14a1 및 14a2) 각각의 엣지부(개구부의 경계를 포함하는 개구부의 내측 주변) EG 상의 액정층(30)내에는, 등전위선 EQ의 경사진 부분으로 표시되는 경사 전계가 생성된다.

네가티브의 유전 이방성을 갖는 액정 분자(30a)에는, 액정 분자(30a)의 축방위를 등전위선 EQ에 대하여 평행하게 되도록 배향시키기 위한 토크가 작용한다. 따라서, 엣지부 EG 상의 액정 분자(30a)는, 도 11b에 화살표로 도시한 바와 같이, 도면의 우측 엣지부 EG에서는 시계 방향으로, 도면의 좌측 엣지부 EG에서는 반시계 방향으로 경사(회전)져서, 등전위선 EQ에 평행하게 배향된다.

도 11b에 도시한 바와 같이, 본 발명에 의한 액정 표시 장치(400)의 개구부(14a1 및 14a2)의 엣지부 EG에서 액정 분자(30a)의 축방위에 대하여 경사진 등전위선 EQ의 일부분으로 표시되는 전계(경사 전계)가 발생하면, 도 5b에 도시한 바와 같이, 액정 분자(30a)는 등전위선 EQ과 평행하게 되기 때문에 회전량이 적은 방향(도시된 예에서는 반시계 방향)으로 경사진다. 또한, 액정 분자(30a)의 축방위에 대하여 수직인 등전위선 EQ으로 표시되는 전계가 발생하는 영역에 위치하는 액정 분자들(30a)은, 도 5c에 도시한 바와 같이, 등전위선 EQ의 경사진 부분 상에 위치하는 액정 분자들(30a)과의 배향이 연속되도록(일치하도록), 등전위선 EQ의 경사진 부분 상에 위치하는 액정 분자(30a)와 동일한 방향으로 경사진다.

상술한 바와 같이 등전위선 EQ의 경사진 부분에 위치하는 액정 분자(30a)에서부터 액정 분자(30a)의 배향 변화가 진행하여, 정상 상태(steady state), 즉, 도 11c에 모식적으로 도시한 바와 같이, 개구부(14a1 및 14a2)의 중심 SA에 대해 대칭인 경사 배향(방사상 경사 배향)에 도달한다. 또한, 인접하는 2개의 개구부들(14a1 및 14a2) 사이에 위치하는 상부 도전층(14)의 영역상의 액정 분자들(30a)도, 개구부(14a1 및 14a2)의 엣지부의 액정 분자들(30a)의 배향이 연속되도록(정합하도록), 경사 배향을 형성한다. 개구부(14a1)의 엣지와 개구부(14a2)의 엣지의 중앙의 액정 분자들(30a)은, 각각의 엣지부의 액정 분자(30a)로부터의 영향을 동일하게 받기 때문에, 개구부(14a1 및 14a2)의 중앙부 주변에 위치하는 액정 분자들(30a)과 같이, 수직 배향 상태를 유지한다. 그 결과, 인접하는 2개의 개구부들(14a1 및 14a2) 사이에 상부 도전층(14) 상의 액정층도 방사상 경사 배향 상태가 된다. 단지, 액정 분자의 경사 방향은, 개구부들(14a1 및 14a2) 각각의 액정층의 방사상 경사 배향과 개구부들(14a1 및 14a2) 사이의 액정층의 방사상 경사 배향의 사이에서 다르다는 것을 주목하자. 도 11c에 도시된 방사상 경사 배향하고 있는 각 영역의 중앙에서의 액정 분자(30a) 주변에서의 배향에 주목하면, 개구부(14a1 및 14a2)의 영역 내의 액정 분자들(30a)은 대향 전극을 향해서 넓어지는 콘을 형성하도록 경사져 있는 반면, 개구부들 사이의 영역에서는 액정 분자들(30a)이 상부 도전층(14)을 향해서 넓어지는 콘을 형성하도록 경사져 있다. 또, 이들 방사상 경사 배향은 모두 엣지부의 액정 분자들(30a)의 경사 배향과 정합하도록 형성되어 있기 때문에, 2개의 방사상 경사 배향들은 상호 연속한다.

상술한 바와 같이, 액정층(30)에 전압을 인가하면, 액정 분자들(30a)은, 상부 도전층(14)에 제공된 개구부들(14a1 및 14a2)의 각각의 엣지부 EG 상의 액정 분자(30a)에서부터 경사지기 시작한다. 그 다음, 주변 영역 내의 액정 분자들(30a)이 엣지부 EG 상의 액정 분자들(30a)의 경사 배향과 정합하도록 경사져 있다. 따라서, 방사상 경사 배향이 형성된다. 그러므로, 각각의 화소 영역내에 제공되는 개구부(14a)의 수가 증가함에 따라, 인가된 전계에 응답하여 최초에 경사하기 시작하는 액정 분자들(30a)의 수가 증가하기 때문에, 화소 영역 전체에 걸쳐 방사상 경사 배향을 실현하는데 소요되는 시간이 짧아지게 된다. 즉, 각 화소 영역마다 화소 전극 내에 제공되는 개구부(14a)의 수가 증가함으로써, 액정 표시 장치의 응답 속도를 개선할 수 있다.

상술한 바와 같이, 각 화소 영역마다 복수의 개구부(14a1 및 14a2)를 제공함으로써, 우수한 디스플레이 품질과 모든 방위각 상에서 바람직한 시야각 특성을 갖는 액정 표시 장치가 실현되는 동시에, 또한 액정 표시 장치의 응답 특성도 개선될 수 있다.

다음, 도 12a 내지 도 12c 및 도 13a 내지 도 13c를 참조하여, 복수의 개구부(14a)의 각각의 형상과 배치 관계 및 액정 분자(30a)의 배향과의 관계를 설명한다. 도 12a 및 도 13a의 11A - 11A'선에 따른 단면도, 도 12b 및 도 13b의 11B - 11B'선에 따른 단면도, 및 도 12c 및 도 13c의 11C-11C'선에 따른 단면도는 각각 도 11a, 도 11b 및 도 11c에 상당한다.

도 12a 내지 도 12c 및 도 13a 내지 도 13c는, 직사각형의 화소 전극(15)(화소 영역)을 도시하고 있지만, 화소 전극(15)[상부 도전층(14)]와 개구부(14a)의 외형의 형상은 이에 한정되지는 않는다. 또한, 본 발명에 의한 액정 표시 장치는, 각 화소 영역에 대하여 도 12a 내지 도 12c 또는 도 13a 내지 도 13c에 도시된 바와 같은 하나의 전극 구성만을 포함하는 것에 제한되지 않으며, 대안으로 도 12a 내지 도 12c 또는 도 13a 내지 도 13c에 도시된 바와 같이 각각의 화소 영역에 대하여 복수개의 전극 구조를 갖는 것도 가능하다. 화소 전극들(15) [상부 도전층(14)]의 외주와 개구부(14a)와의 배치 관계는 특별한 관계에 제한되지 않는다. 대안으로, 복수의 개구부(14a)의 일부가 상부 도전층(14)의 외주를 규정하는 부근 또는 코너에 중첩되어 형성될 수도 있다. 이는, 또한 복수의 개구부들(14a)을 포함하는 화소 영역을 도시하는 임의의 실시예의 액정 표시 장치에 대하여도 적용된다. 화소 영역 전체에 걸쳐서 액정 분자의 배향을 안정화(및 응답 속도를 향상)하기 위한 개구부(14a) 사이의 바람직한 위치 관계가 후술되어질 것이다.

우선, 각 개구부(14a)의 형상은, 설명한 바와 같이, 다각형, 원형 또는 타원형일 수도 있다. 액정 표시 장치(400) 내의 모든 방위각 방향에서의 시야각 특성을 개선(디스플레이 비 균일성을 제거)하기 위해, 각 개구부(14a)의 형상은, 높은 회전대칭성을 갖는 것이 바람직하기 때문에, 도 12a 내지 도 12c에 도시한 정사각형 등의 정다각형이나, 도 13a 내지 도 13c에 도시한 원형이 바람직하다. 각 개구부(14a)의 형상과 액정 분자(30a)의 배향 사이의 관계가 상술한 바와 같기 때문에, 여기서는 더 이상의 설명을 생략한다.

또한, 복수의 개구부(14a)가 각 화소 영역을 위해 제공되는 구조에서는, 복수의 개구부들(14a)의 배열이 회전 대칭성을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 도 12a 내지 도 12c에 도시한 바와 같이, 정방형 격자로 배열된 4개의 개구부(14a)가 정사각형의 상부 도전층(14)에 형성되는 경우(즉, 화소 영역이 정사각형인 경우), 4개의 개구부(14a)를 정방형의 상부 도전층(14)의 중심 SA에 대하여 회전 대칭성을 갖도록 배치하는 것이 바람직하다. 도면들에 도시된 바와 같이, 정사각형의 상부 도전층(14)의 중심 SA은 4회 회전축이 되게 하는 것이 바람직하다. 이와 같은 배치에 의해, 도 12b 및 도 12c에 도시한 바와 같이, 액정층(30)에 전압을 인가했을 때에 각각의 개구부(14a)에 대하여 형성되는 방사상 경사 배향을 갖는 각 영역은, 상부 도전층(14)의 중심 SA에 대하여 4회 회전 대칭성을 갖는다. 그 결과, 액정 표시 장치(400)의 시야각 특성은 전방위각 방향에 걸쳐 대개 균일화된다.

각 화소 영역에 4개의 개구부(14a)를 형성한 구조가 도 12a 내지 도 12c에 도시되었지만, 개구부(14a)의 수는 이에 제한되지 않는다. 각 화소 영역에 제공되는 개구부(14a)의 수는, 화소 영역의 크기나 형상, 단일 개구부(14a)에 의해 안정적으로 방사상 경사 배향이 형성되는 영역의 크기, 및 응답 속도에 따라 적절하게 결정될 수 있다. 각 화소 영역에 복수의 개구부(14a)를 제공하는 경우, 시야각 특성의 균일성을 향상시키기 위해서 화소 영역 전체에 걸쳐 개구부(14a)의 배치가 회전 대칭성을 갖도록 하는 것이 바람직하다. 그러나, 화소 영역의 형상에 따라, 화소 영역 전체에 걸쳐 회전 대칭성을 갖도록 개구부(14a)를 배치할 수 없는 경우가 있다. 이러한 경우, 개구부(14a)를 가능한 한 넓은 면적에 걸쳐 회전 대칭성을 갖도록 배치하는 것이 바람직하다. 예를 들면, 화소 영역의 형태가 직사각형인 경우에는, 직사각형을 정사각형으로 분할하고, 이들 정사각형 각각에 대하여 회전 대칭성을 갖도록 복수의 개구부(14a)를 제공할 수 있다. 이러한 방법으로, 충분히 균일한 시야각 특성을 갖는 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.

도 12a 내지 도 12c에 도시된 정사각형의 개구부(14a) 대신, 원형의개구부(14a)를 설치한 구성을 도 13a 내지 도 13c에 도시한다.

도 12a 내지 도 12c를 참조하여 상술한 바와 같이, 4개의 개구부(14a)를 상부 도전층(14)의 중심 SA가 4회 회전축이 되도록 배치함으로써, 액정 표시 장치의 시야각 특성을 보다 개선할 수 있다. 또한, 각 개구부(14a)의 형상이 원형일 때, 다각형보다도, 각 개구부(14a)의 엣지부에서의 액정 분자(30a)의 배향의 연속성이 높고, 따라서 액정 분자(30a)의 방사상 경사 배향이 보다 안정된다. 또한, 복수의 개구부들(14a)을 설치하는 구성에 있어서, 개구부(14a)의 형상을 원형으로 하면, 인접하는 개구부(14a)에 의해서 형성되는 방사상 경사 배향들 간의 연속성이 높고, 화소 영역내에 형성되는 복수의 방사상 경사 배향이 안정되기 보다 용이하게 안정된다.

예를 들면, 도 14에 도시한 바와 같이, 4개의 원형 개구부(14a)가 그의 각 중심이 직사각형의 각각의 코너부들에 있도록 배치되는 경우, 그 직사각형의 각 대각선을 따라 위치하는 액정 분자들(30a)이 연속적인 경사 배향을 형성할 수가 있다. 이와는 대조적으로, 도 14에 도시된 배치에서 정방형 격자로 배열된 4개의 개구부(14a)가 사용되면, 개구부(14a)의 각 중심에 의해 형성되는 직사각형의 대각선은 정사각형 개구부(14a)의 대각선과 일치하지 않는다. 상기로부터 명백해지는 바와 같이, 4개의 개구부(14a)에 의해서 둘러싸인 영역 내의 액정 분자들(30a)의 배향은 연속이 되기 어렵다. 한편, 4개의 개구부(14a)의 형상을, 4개의 개구부(14a)의 중심이 형성하는 장방형과 상이관계에 있는 장방형으로 함으로써, 상기 문제를 해결할 수 있다. 그러나, 각각의 개구부(14a) 내에 형성되는 방사상 경사 배향의 연속성은 저하된다. 따라서, 개구부(14a)의 형상이나 배치는, 화소 영역의 형상이나 사이즈를 고려하여 적절하게 설정하는 것이 바람직하다. 도 14는 액정층에 전압을 인가한 상태를 도시하고 있고, 도 14의 11C-11C'선에 따라 절취된 단면은 도 11c에 대응한다.

화소 영역 마다 복수의 개구부를 갖는 전극 구성(화소 전극 또는 대향 전극이 그 내에 개구부를 포함하는 2층 구조의 전극)에 있어서, 개구부의 양호한 배치가 아래에 더 자세히 설명된다.

제1 실시예에서의 또 다른 액정 표시 장치(400A)의 상부 도전층(14)의 다른 패턴이 도 15a를 참조하여 설명된다. 도 15b는 도 15a의 선 15B-15B'을 따라 취해진 단면도이다. 단면도인 도 15b는 상부 도전층(14)의 중실부가 참조 번호(14b)로 표시되고 이것의 단위 중실부가 참조 번호(14b')으로 표시된다는 것을 제외하고 실질적으로 도 11a의 구성과 동일하다.

액정 표시 장치(400a)의 상부 도전층(14)은 복수의 개구부(14a) 및 중실부(14b)를 포함한다. 개구부(14a)는 도전막(예를 들면, ITO 막)으로 형성된 상부 도전층(14)영역 내의 도전막이 제거된 영역을 지칭하며, 중실부(14b)는 도전막이 존재하는 영역(즉, 개구부(14a)를 제외한 영역)을 지칭한다. 하나의 화소 전극 마다 복수의 개구부(14a)가 형성되지만, 중실부(14b)는 기본적으로 연속된 단일의 도전막으로 만들어진다.

복수의 개구부(14a)는 각 중심이 정방형 격자를 형성하고, 단위 중실부(14b')(각 중심들이 1개의 단위 격자를 형성하는 4개의 격자점 상에 위치하는 4개의 개구부(14a)에 의해 실질적으로 둘러싸인 중실부(14b)의 일부분으로서 정의됨)는 보통 원형의 형태를 갖는다. 각 개구부(14a)는 일반적으로 4개의 변의 중심에서 4 회 회전축을 갖는 4 분의 1의 호상 형태의 측변(엣지)을 구비한 별 모양이 된다. 전체 화소 영역에 대해서 배향을 안정화하기 위하여 단위 격자들은 양호하게는 상부 도전층(14)의 주변부까지 존재한다. 따라서, 상부 도전층(14)의 주변 영역은 도면에 예시된 대로 양호하게는(한 측변을 따라서 상부 도전층(14)의 주변부에서) 개구부(14a)의 절반 부분에 상응하는 형태가 되도록 패턴화되거나, 또는(코너의 상부 도전층(14)의 주변부에서) 개구부(14a)의 4분의 1 부분에 상응하는 형태가 되도록 패턴화된다. 도 15a에서 실선으로 도시된 정방형 형태는(정방형 격자들의 집합) 단일 도전층으로 만들어진 종래의 화소 전극에 상응하는 영역(외형)을 나타낸다.

화소 영역의 중앙부에 위치한 개구부(14a)들은 일반적으로는 동일한 형태와 크기를 갖는다. 개구부(14a)들에 의해 형성된 단위 격자들의 각각에 배치된 단위 중실부(14b')들은 일반적으로 원형의 형태를 가지며 동일한 형태와 크기를 갖는다. 각각의 단위 중실부(14b')는 인접한 단위 중실부(14b')들에 접속되어 실질적으로 단일 도전막으로서 기능하는 중실부(14b)를 형성한다.

상술된 구성을 갖는 상부 도전층(14)과 대향 전극(22) 사이에 전압이 가해졌을 때, 각각의 개구부(14a)의 엣지 영역에서 경사 전계가 생성되어 그 각각이 방사상 경사 배향을 갖는 복수의 액정 도메인을 생성하게 된다. 액정 도메인은 개구부(14a)에 상응하는 각 영역에서 및 단위 격자 내의 단위 중실부(14b')에 상응하는 각 영역에서 생성된다.

정방형의 상부 도전층(14)이 여기 예시되었지만, 화소 전극(14)의 형태는 이것에만 제한되지 않는다. 상부 도전층(14)의 전형적인 형태는 직사각형 형태(정방형 형태와 장방형 형태)로 근사될 수 있어서, 개구부(14a)가 그 내에서 정방형 격자 패턴을 가지도록 규칙적으로 배치될 수 있다. 상부 도전층(14)가 직사각형 형태가 아닌 모양을 취한다 하더라도 개구부(14a)가 규칙적 형태로 배치되어서(예를 들어, 여기 예시된 대로 정방형 격자 형태로) 액정 도메인이 화소 영역의 모든 영역에서 형성되기만 하면, 본 발명의 효과가 획득될 수 있다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치(400a)의 상부 도전층(14)의 개구부(14a) 배치 형태가(기판에 수직한 방향에서 보았을 때) 이제 설명된다.

액정 표시 장치의 표시 특성은 액정 분자의 배향 상태(광학적 이방성)에 기인한 방위각 의존성을 나타낸다. 표시 특성의 방위각 의존성을 감소시키기 위해서는 액정 분자들이 모든 방위각에 대해서 거의 동일한 확률로써 배향되는 것이 양호하다. 더 바람직하게는 각 화소 영역의 액정 분자들이 모든 방위각에 대해서 거의 동일한 확률로써 배향되는 것이 좋다. 따라서, 개구부(14a)는 화소 영역의 액정 분자(30a)들이 모든 방위각에 대해서 거의 동일한 확률로써 배향되도록 액정 도메인들이 각 화소 영역에서 형성되는 형태를 양호하게는 갖는다. 더 특정하게는 개구부(14a)의 형태는 각 화소 영역의 중심을 통과해 법선 방향으로 연장하는 대칭축을 중심으로 회전 대칭성(양호하게는 높은 차수의 회전축 즉, 2회 회전 이상의 회전축을 가짐)을 갖는다. 복수의 개구부(14a)가 회전 대칭성을 갖도록 배치된다. 또한, 일반적으로 이런 개구들로 둘러싸인 단위 중실부(14b')의 형태도 회전 대칭성을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 단위 중실부(14b')들이 회전 대칭성을 갖도록 배치되는 것이 바람직하다.

그러나, 전체 화소 영역에서 회전 대칭성을 갖도록 하기 위해 개구부(14a) 또는 단위 중실부(14b')를 배치시키는 것은 불필요하다. 도 15a 에 예시된 대로, 예를 들어 정방형 격자(4회 회전축을 구비함)가 최소 단위로 사용되어 화소 영역이 그런 정방형 격자들로 형성되었을 때에 전체 화소 영역에서 액정 분자가 모든 방위각에 대해서 실질적으로 동일한 확률로써 배향될 수 있다.

도 15a에 도시된 대로 회전 대칭성을 갖는 별 모양의 개구부(14a)들과 원형 모양의 단위 중실부(14b')들이 정방형 격자 패턴이 되도록 배치되었을 때, 액정 분자(30a)의 배향이 도 16a 내지 도 16c를 참조하여 설명된다.

도 16a 에서 도 16c 각각은 기판에 수직한 방향에서 보았을 때 액정 분자(30a)의 배향을 모식적으로 도시한 것이다. 기판에 수직한 방향에서 보았을 때 액정 분자(30a)의 배향을 도시하는 도 16b 및 도 16c와 같은 도면에서, 타원형으로 그려진 액정 분자(30a)의 검은 점의 단부는 개구부(14a)를 갖는 상부 도전층(14)이 설치되는 기판에 대해 다른 단부보다 근접하도록 액정 분자(30a)가 경사진 것을 표시한다. 이는 모든 다음의 도면들에서도 동일하게 적용된다. 도 15a에 예시된 화소 영역의(4개의 개구부(14a)로 형성된) 단일 단위 격자가 아래에 설명된다. 도 16a 내지 도16c의 각각의 대각선을 따라 취해진 단면도들은 각각 도 11a 내지 도 11c에 상응하고, 도 11a 내지 도 11c는 다음의 설명에서도 참조될 것이다.

상부 도전층(14) 및 대향 전극(22)이 동일 전위인 경우, 즉 어떤 전압도 액정층(30)에 가해지지 않았을 때 도 16a에 도시된 대로 액정 분자(30a)는 수직 배향을 취하게 되는 데, 여기서 액정의 배향 방향은 TFT 기판(400a) 및 대향 전극(100b)의 액정층(30)측 표면에 설치된 수직 배향층(도시 안됨)에 의해 조정된다.

전계가 액정층(30)에 가해졌을 때, 액정 분자(30a)는 도 16b 에 예시된 대로, 각 개구부(14a)의 엣지 영역에서부터 경사돠지 시작한다. 그러면, 주변의 액정 분자(30a)들은 개구부(14a)의 엣지 영역에서 이미 경사진 액정 분자(30a)의 배향과 일치되도록 경사진다. 그러면, 도 16c에 예시된 대로 액정 분자(30a)의 축방향 배향이(방사성 배향) 안정화된다.

상기 설명한 대로 개구부(14a)가 회전 대칭성을 갖는 형태인 경우, 전압이 인가되었을 때 화소 영역의 액정 분자(30a)들은 개구부(14a)의 엣지 영역에서부터 시작하여 개구부(14a)의 중심으로 차례차례 경사진다. 그 결과, 엣지 영역에서의 액정 분자(30a)들로부터의 각 배향 규제력이 평형 상태인 개구부(14a)의 중앙 부근의 액정 분자(30a)들은 있을 때에 기판 평면에 대해서 수직 배향 상태로 남아있는 반면에, 둘러싸는 액정 분자(30a)들은 개구부(14a)의 중심으로부터 멀어질수록 그 경사도가 점차 증가하면서 개구부(14a)의 중심 주위의 액정 분자(30a)를 중심으로 방사형 패턴으로 경사진다.

정방형 격자 패턴으로 배치된 4개의 별 모양의 개구부(14a)에 의해 둘러싸인 원형 단위 중실부(14b')에 상응하는 영역의 액정 분자(30)들은 각 개구부(14a)의 엣지 영역에서 생성된 경사 전계에 의해 경사진 액정 분자(30a)들의 배향과 일치하도록 또한 경사진다. 그 결과, 엣지 영역에서의 액정 분자(30a)들로부터의 각 배향 규제력이 평형 상태인 단위 중실부(14b)의 중앙 부근의 액정 분자(30a)들은 기판 평면에 대해서 수직 배향 상태로 남아있는 반면에, 둘러싸는 액정 분자(30a)들은 개구부(14a)의 중심으로부터 멀어질수록 그 경사도가 점차 증가하면서 단위 중실부(14b')의 중앙 부근의 액정 분자들(30a)을 중심으로 방사형 패턴으로 경사진다.

이와 같이, 전체 화소 영역에 걸쳐, 각 액정 분자(30a)가 방사상 경사 배향을 취하는 각 액정 분자(30a)에서 액정 도메인을 정방형 격자로 배열하면, 각각의 축방위의 액정 분자(30a)의 존재 확률이 회전 대칭성을 갖게 되고, 이는 모든 시야각에 대해서 불균일하지 않은 고품위의 표시를 실현 가능하게 한다. 방사상 경사 배향을 갖는 액정 도메인의 시각 의존성을 저감하기 위해서는, 액정 도메인은 높은 회전대칭성(2회 회전축 이상이 바람직하며, 4회 회전축 이상이 보다 바람직하다)을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 화소 영역 전체의 시각 의존성을 저감하기 위해서는, 화소 영역에 형성되는 복수의 액정 도메인이 높은 회전 대칭성(2회 회전축 이상이 바람직하며, 4회 회전축 이상이 보다 바람직하다)을 갖는 복수의 단위 패턴(예를 들어, 단위 격자 패턴)의 조합으로 이루어진 패턴(예를 들어, 정방형 격자 패턴)으로 배열되는 것이 바람직하다.

도 15a는 개구부(14a)가 일반적으로 별형을 가지며, 각 단위 중실부(14b')가 일반적으로 원형을 가지는 예를 도시하며, 여기에서 개구부(14a) 및 단위 중실부(14b')는 정방형 격자로 배열되었다. 그러나, 개구부(14a) 및 단위 중실부(14b')의 형상 및 이들의 배치는 상기한 예에만 한정되지는 않는다.

도 17a 및 도 17b는 다른 형상의 개구부(14a) 및 단위 중실부(14b')를 갖는 상부 도전층(14a 및14b)의 상면도를 각각 도시한다.

도 17a 및 도 17b에 각각 도시한 상부 도전층(14A 및14B)의 개구부(14a) 및 단위 중실부(14b')는 도 15a에 도시한 화소 전극의 개구부(14a) 및 단위 중실부(14 b')에서 약간 변형된 형상을 갖는다. 상부 도전층(14A 및 14B)의 개구부(14a) 및 단위 중실부(14b')는 2회 회전축을 지니고(4회 회전축은 아님), 장방형의 단위 격자를 형성하도록 규칙적으로 배열되어 있다. 상부 도전층(14A 및14B) 둘 다에서, 개구부(14a)는 왜곡된 별형을 갖고, 단위 중실부(14b')는 대략적 타원형(왜곡된 원형)을 갖는다. 또한, 상부 도전층(14A 및 14B)을 이용하면 고품위의 표시 및 우수한 시야각 특성의 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.

또한, 도 18a 및 도 18b에 도시된 바와 같은 상부 도전층(14c 및 14d)은 각각 선택적으로 사용될 수 있다.

상부 도전층(14C 및 14D)에서, 십자형 개구부(14a)는 각 단위 중실부(14b')가 일반적으로 정방형이 되도록 일반적으로 정방형 격자로 배치된다. 물론, 상부 도전층(14C 및 14D)의 패턴은 장방형의 단위 격자를 포함하도록 변형된다. 이와 같이, 일반적으로 구형(정방형과 장방형을 포함)의 단위 중실부(14b')를 규칙적으로 배열함으로써, 고품위의 표시 및 우수한 시야각 특성을 선택적으로 포함하는 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.

그러나, 개구부(14a) 및/또는 단위 중실부(14b')의 형상은 구형보다도 원형 또는 타원형쪽이 방사상 경사 배향을 안정화할 수 있기 때문에 바람직하다. 개구부(14a)의 엣지가 보다 연속적이기(부드럽기) 때문에, 방사상 경사 배향은 원형 또는 타원형의 개구부(14a) 및/또는 단위 중실부에서 보다 안정적이고, 이에 따라 액정 분자(30a)의 배향 방향도 더욱 연속적으로(부드럽게) 변화한다.

상술한 액정 분자(30a)의 배향 방향의 연속성의 관점에서, 도 19a 및 도 19b에 도시된 상부 도전층(14E 및 14F) 또한 바람직하다. 도 19a에 도시한 상부 도전층(14E)은 도 15a에 도시한 상부 도전층(14)의 변형예로서, 4개의 원호만으로 이루어지는 각각의 개구부(14a)를 갖는다. 도 19b에 도시한 상부 도전층(14F)은 도 18b에 도시한 상부 도전층(14D)의 변형예로서, 주위의 개구부(14a)에 의해서 규정되는 단위 중실부(14b')는 4분의 1의 원호 조합에 의해 형성된다. 상부 도전층(14E 및 14F) 둘 다에서, 개구부(14a) 및 단위 중실부(14b')는 4회 회전축을 갖고 정방형 격자(4회 회전축을 갖는다)에서 배열된다. 도 17a 및 도 17b에 도시한 바와 같이, 선택적으로, 개구부(14a)의 단위 중실부(14b') 형상은 2회 회전축을 갖는 형상으로 왜곡되고, 정방형 격자(2회 회전축을 갖는다)를 형성하도록 배치된다.

상술한 예에서, 개구부(14a)는 대략의 별형이나 대략의 십자형이고, 단위 중실부(14b')는 일반적으로 원형, 타원형, 정방형(구형) 및 일반적으로 각이 둥글어진 구형이다. 선택적으로, 개구부(14a) 및 단위 중실부(14b') 사이의 네가티브-포지티브 관계는 반전될 수 있다.(개구부(14a)와 단위 중실부(14b') 사이의 네가티브-포지티브 관계의 반전은 앞으로 단순히 "반전"으로 언급할 것이다.) 예를 들어, 도 20은 도 15a에 도시한 상부 도전층(14)의 개구부(14a)와 단위 중실부(14b') 사이의 네가티브-포지티브 관계를 반전함으로써 얻어진 패턴을 갖는 상부 도전층(14G)을 도시한다. 반전된 패턴을 갖는 상부 도전층(14G)은 도 15a에 도시된 상부 도전층(14)과 실질적으로 같은 기능을 갖는다. 도 21a 및 도 21b에 각각 도시한 상부 도전층(14H 및 14I)에서와 같이, 개구부(14a) 및 단위 중실부(14b')가 모두 대략적으로 정방형을 갖는 경우에는, 반전된 패턴은 원래의 패턴과 실질적으로 동일하다.

도 15a에 도시한 패턴이 도 20에 도시한 패턴과 같이 반전될 때 또한, 상부 도전층(14)의 엣지부에서 회전 대칭성을 갖는 단위 중실부(14b')가 형성되도록, 개구부(14a)의 일부(약 2분의 1 또는 약 4분의 1)를 형성하는 것이 바람직하다. 이러한 패턴을 사용함에따라, 화소 영역의 중앙부와 같이 화소 영역의 엣지부에서도 경사 전계의 효과가 얻어질 수 있고, 이에 따라 화소 영역의 전체에 걸쳐 안정된 방사상 경사 배향을 실현할 수가 있다.

다음으로, 반전된 두 패턴 중에 어느 것을 채용해야 하는지는 상부 도전층(14)의 개구부(14a) 및 단위 중실부(14b')의 반전된 패턴에 의해 얻어진 패턴을 갖는 도 15a의 상부 도전층(14) 및 도 20에 도시한 상부 도전층(14G)에 따라서 설명될 것이다.

어느쪽의 패턴을 채용하더라도, 각 개구부(14a)의 주변 길이는 동일하다. 따라서, 경사 전계를 생성하는 기능에 있어서 두 패턴 사이의 차이는 없다. 그러나, 단위 중실부(14b')의 면적 비율(상부 도전층(14)의 전면적에 대한 비율)은, 두 패턴 사이의 차이가 있다. 즉, 액정층의 액정 분자에 인가되는 전계를 생성하는 중실부(14b)(도전막이 존재하는 부분)의 면적은 둘 사이에서 다르다.

개구부(14a)에 형성되는 액정 도메인에 인가되는 전압은 중실부(14b)에 형성되는 액정도메인에 인가되는 전압보다 낮다. 이에 따라, 일반 블랙 모드의 표시에서, 예를 들면 개구부(14a)에 형성된 액정도메인은 어둡게 된다. 그러므로, 개구부(14a)의 면적 비율이 증가됨에 따라, 표시 휘도는 저하된다. 그러므로, 중실부(14b)의 면적 비율은 높은 것이 바람직하다. 또한, 여기서는 간단히 하기 위해 하부도전층의 작용을 무시하여 설명하지만 본 발명에 의한 액정 표시 장치의 2층 전극은 상부 도전층(14)의 개구부(14a)에 대응하는 영역에 하부 도전층(예를 들면 도 1a 내지 도 1c의 하부 도전층(12))을 포함한다. 따라서, 개구부(14a)에 대응하는 영역의 액정층(30)에도 하부 도전층으로부터의 전계가 작용하므로, 개구부(14a)의 면적 비율이 높아짐에 따라 표시 휘도가 저하하는 정도는 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 설명한 종래의 액정 표시 장치(300)보다 작다.

도 15a의 패턴에서 또는 도 20의 패턴 중 어디에서 중실부(14b)의 면적 비율이 더 높은 것인지는 단위 격자의 피치(크기)에 따른다.

도 22a는 도 15a에 도시된 패턴의 단위 격자를 도시하며, 도 22b는 도 20에 도시된 패턴의 단위 격자(개구부(14a)는 각 격자의 중심으로 한다.)를 도시한다. 도 20에 도시된 이웃의 단위 중실부(14b')를 함께 연결하는 부분(원형부에서 사방에 연장되는 브랜치부)은 도 22b에서 생략되었다. 정방형 격자(피치)의 한 변의 길이는 "p"로 표시하며, 개구부(14a) 또는 단위 중실부(14b')와 단위 격자의 한 면(편측 스페이스의 폭)과의 간극은 "s"로 표시한다. 또한, 단위 중실부(14b')를 동일한 전압으로 설정하도록 단위 중실부들(14b')을 서로 접속하기에 적어도 하나의 브랜치부가 충분함을 유의한다. 일반적으로, 개구부들(14a) 간의 경계나 단위 중실부들(14b')간의 경계는 액정 분자의 배향에 영향을 주지 않는 한 중실부(14b) 형태이거나 개구부(14a)의 형태이어도 된다.

피치(p) 및 편측 스페이스(s)의 값을 갖는 다른 여러가지 상부 도전층(14)은 방사상 경사 배향의 안정성등을 시험하기 위해서 만들어졌다. 그 결과, 도 22a에 도시한 패턴(이하, "포지티브 패턴"이라고 칭한다.)을 갖는 상부 도전층(14)에 관해서, 방사상 경사 배향을 얻기 위해 필요한 경사 전계를 생성하기 위해서는 편측 스페이스(s)가 약 2.75㎛ 이상 필요하다는 것을 발견하였다. 도 22b에 도시한 패턴(이하, "네가티브형 패턴"이라고 칭한다.)을 갖는 상부 도전층(14)에 관해서, 방사상 경사 배향을 얻기 위해 필요한 경사 전계를 생성하기 위해서는 편측 스페이스(s)가 약 2.25㎛ 이상 필요하다는 것을 발견하였다. 각각의 패턴에서, 중실부(14b)의 면적 비율은 하한치 이상으로 고정된 편측 스페이스(s)를 가지고, 피치(p) 값을 바꾸면서 검토하였다. 그 결과는 아래의 표 1 및 도 22c에서 보여진다.

피치(p) (㎛)	중실부 면적 비율(%)
피치(p) (㎛)	포지티브형 (도 22a)	네가티브형 (도 22b)
20	41.3	52.9
25	47.8	47.2
30	52.4	43.3
35	55.8	40.4
40	58.4	38.2
45	60.5	36.4
50	62.2	35.0

표 1 및 도 22c로부터 알 수 있는 바와 같이, 피치(p)가 약 25㎛ 이상일 때에는 포지티브형(도 22a) 패턴이 높은 중실부(14b)의 면적 비율을 갖고, 피치(p)가 약 25㎛ 이하일 때에는 네가티브형(도 22a) 패턴이 높은 중실부(14b)의 면적 비율을 갖는다. 따라서 표시 휘도 및 배향의 안정성의 관점에서 보면, 채용해야하는 패턴은 약 25㎛의 피치(p)를 경계로 변한다. 예를 들면, 폭 75㎛의 상부 도전층(14)의 폭 방향에 따라 3개 이하의 단위 격자를 설치하는 경우에는, 도 22a에 도시한 포지티브형 패턴이 바람직하고, 4개 이상의 단위 격자를 설치하는 경우에는, 도 22b에 도시한 네가티브형 패턴이 바람직하다. 예시한 패턴 이외의 경우에서도, 포지티브형 또는 네가티브형 패턴중 하나를 선택하는 것은 중실부(14b)의 면적 비율이 커지도록 비슷하게 만들어질 수 있다.

단위 격자의 수는, 이하와 같이 구해질 수 있다. 상부 도전층(14)의 폭(가로 또는 세로)에 대하여, 1개 또는 2 이상의 정수개의 단위 격자가 배치되도록, 각각의 단위 격자의 다양한 사이즈를 계산하여, 각각의 단위 격자 사이즈에 관해서 중실부(solid portion) 면적 비율을 계산한다. 다음으로, 중실부 면적 비율이 최대가 되는 단위 격자 사이즈를 선택한다. 단지, (포지티브형 패턴에 대한) 단위 중실부(14b')의 직경이 15㎛ 미만, (네가티브형 패턴에 대한) 개구부(14a)의 직경이 15㎛ 미만이 되면, 경사 전계에 의한 배향 규제력이 저하하여, 안정된 방사상 경사 배향이 얻어지기 어렵게 된다. 이들 직경의 하한치는, 액정층(30)의 두께가 약 3㎛의 경우이다. 액정층(30)의 두께가 이것보다도 얇으면, 단위 중실부(14b')및 개구부(14a)의 직경이 상기한 하한치보다도 작은 경우에도 안정된 방사상 경사 배향이 얻어진다. 액정층(30)의 두께가 3㎛ 보다 두꺼운 경우에 안정된 방사상 경사 배향을 얻기위해서 필요한 단위 중실부(14b') 및 개구부(14a)의 직경의 하한치는 상기한 하한치보다도 커진다. 본 발명의 액정 표시 장치에 있어서는, 하부 도전층으로부터의 전계가 액정층(30)에도 작용하므로, 개구부(14a)의 직경을 상술의 결과보다 약간 크게 하여도 표시 품위의 저하가 억제된다.

상술한 본원의 제1 실시예에서의 액정 표시 장치의 구성은, 화소 전극(15)이 개구부를 갖는 2층 구조 전극인 것 이외에는, 상술된 제1 실시예에서의 액정 표시 장치는 공지의 수직 배향형 액정 표시 장치와 동일 구성을 채용할 수가 있어, 공지의 제조방법으로 제조할 수가 있다. 여기서는, 2층 구조의 화소 전극의 형성방법을 설명하여, 제조 방법의 다른 단계는 생략한다. 여기서 다시, 예를 들면 도 1(a)을 참조한다.

하부 도전층(12)이 되는 투명도전층(전형적으로는 ITO 층)의 피착 공정까지는, 공지의 제조방법으로 실시할 수 있다. 이 도전층은, 종래의 액정 표시 장치 제조의 프로세스에 있어서는, 소정의 형상으로 패터닝되어, 화소 전극이 된다. 종래의 액정 표시 장치의 제조 프로세스에 있어서의 화소 전극의 패터닝 공정에서, 본 실시예의 액정 표시 장치의 하부 도전층(12)을 패터닝할 수가 있다. 하부 도전층의 패턴은, 화소 전극과 동일하더라도 좋고, 상부 도전층(14)에 형성되는 개구부(14a)에 대응하도록 분할한 패턴일 수도 있다. 하부 도전층(12)은, 종래의 화소 전극과 같이 TFT의 드레인 전극 등(드레인과 실질적으로 등전위의 전극)에 전기적으로 접속된다.

하부 도전층(12)을 패터닝한 기판(100a)의 표면의 거의 전면에 걸쳐 유전체층(13)을 형성한다. 유전체층(13)은 예를 들면, 투명한 감광성 수지를 이용하여 형성할 수가 있다. 유전체층(13)상에 다시 도전층을 피착한다. 얻어진 도전층을 패터닝함으로써, 개구부(14a)를 갖는 상부 도전층(14)을 형성한다.

또, 상부 도전층(14)을 TFT의 드레인 전극에 접속하기 위한 컨택트홀을 유전체층(13)에 미리 형성하여 놓는다. 이 공정도 공지의 프로세스로 실행할 수가 있다. 상부 도전층(14)과 하부 도전층(12)을 등전위로 구동시키는 구성을 채용하면, 예시한 바와 같이, 상부 도전층(14)과 하부 도전층(12)을 동일 TFT에 접속할 수도 있다. 또한, 이 구성을 채용하면, 종래의 구동 회로를 그대로 이용할 수 있다고 하는 이점도 있다.

또, 전형적으로는, 네가티브 유전 이방성을 갖는 액정 분자를 수직 배향시키기 위해서, 화소 전극(15) 및 대향 전극(22)의 액정층(30)측 표면에는 수직 배향층(도시되지 않음)이 형성되고 있다. 수직 배향층은, 개구부(14a)를 갖는 상부 도전층(14)이 형성된 후에, 기판(1OOa)의 표시 영역에 인쇄에 의해서 형성된다.

액정 재료로서는, 네가티브 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 재료가 이용된다. 또한, 네가티브 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 재료에 2색성색소를 첨가함으로써, 게스트-호스트 모드(guest-host mode)의 액정 표시 장치를 얻을 수도 있게 된다. 게스트-호스트 모드의 액정 표시 장치는, 편광판을 필요로 하지 않는다.

제2 실시예

도 23a 및 도 23b을 참조하면서, 본 발명에 의한 제2 실시예의 액정 표시 장치(400B)의 1개의 화소 영역의 구조를 설명한다. 또한, 이하의 도면에 있어서는, 도 11a 내지 도 11c에 도시한 액정 표시 장치(400)의 구성 요소와 실질적으로 동일 기능을 갖는 구성 요소를 동일 참조 부호로 도시하여, 그 설명을 생략한다. 도 23a는 기판 법선 방향에서 본 평면도이고, 도 23b는 도 23a 중의 23B-23B' 선에 따른 단면도에 상당한다. 도 23b는, 액정층에 전압을 인가하지 않은 상태를 모식적으로 보이고 있다.

도 23a 및 도 23b에 도시한 바와 같이, 액정 표시 장치(400B)의 TFT 기판(400b)이 상부 도전층(14)의 개구부(14a)의 내측에 볼록부(40)를 갖는 점에서, 도 15a및 도 15b에 도시한 제1 실시예에서의 액정 표시 장치(400A)와 다르다. 볼록부(40)의 표면에는, 수직 배향막(도시되지 않음)이 설치되고 있다. 이하, 개구부(14a)의 내측에 볼록부(40)를 갖는 TFT 기판을 볼록부(40)의 구조에 관계없이 참조 부호(400b)로 표시한다.

또, 여기서는, 도 11a 내지 도 11c에 도시한 액정 표시 장치(400)의 상부 도전층(14)의 개구부(14a)에 볼록부(40)를 설치한 액정 표시 장치(400B)를 예시하지만, 볼록부(40)의 구조는 제1 실시예에서의 다른 액정 표시 장치에 적용할 수 있다.

볼록부(40)의 기판(11)의 면내 방향의 단면 형상은, 도 23a에 도시한 바와 같이, 개구부(14a)의 형상과 동일하고, 여기서는 대략 별형이다. 단지, 인접하는 볼록부(40)는 상호 연결되고 있고, 단위 중실부(14b')를 대략 원형으로 완전히 포위하도록 형성되고 있다. 이 볼록부(40)의 기판(11)에 수직인 면내 방향의 단면 형상은, 도 23b에 도시한 바와 같이 사다리꼴이다. 즉, 기판면에 평행한 정상면(40t)과 기판면에 대하여 테이퍼각(<90°)으로 경사진 측면(40s)를 갖고 있다. 볼록부(40)를 덮도록 수직 배향막(도시되지 않음)이 형성되어 있기 때문에, 볼록부(40)의 측면(40s)는, 액정층(30)의 액정 분자(30a)에 대하여, 경사 전계에 의한 배향 규제 방향과 동일 방향의 배향 규제력을 갖는 것으로 되어, 방사상 경사 배향을 안정시키도록 작용한다.

이 볼록부(40)의 작용을 도 24a∼도 24d, 및 도25a 및 도 25b를 참조하면서 설명한다.

우선, 도 24a∼도 24d를 참조하면서, 액정 분자(30a)의 배향과 수직 배향력을 갖는 표면의 형상과의 관계를 설명한다.

도 24a에 도시한 바와 같이, 수평인 표면상의 액정 분자(30a)는, 수직 배향성을 갖는 표면(전형적으로는, 수직 배향막의 표면)의 배향 규제력에 의해서, 표면에 대하여 수직으로 배향한다. 이와 같이 수직 배향 상태에 있는 액정 분자(30a)에 액정 분자(30a)의 축방위에 대하여 수직인 등전위선 EQ로 표시되는 전계가 인가되면, 액정 분자(30a)에는 시계 회전 또는 반시계 방향으로 경사지는 토크가 같은 확률로 작용한다. 따라서, 상호 대향하는 평행 평판형 배치의 전극 사이에 있는 액정층(30) 내에는, 시계 방향의 토크를 받는 액정 분자(30a)와, 반시계 방향으로 방향의 토크를 받는 액정 분자(30a)가 혼재한다. 그 결과, 액정층(30)에 인가된 전압에 따른 배향 상태에의 변화가 원활하게 발생하지 않지 않은 적이 있다.

도 24b에 도시한 바와 같이, 경사진 표면에 대하여 수직으로 배향하고 있는 액정 분자(30a)에 대하여, 수평인 등전위선 EQ로 표시되는 전계가 인가되면, 액정 분자(30a)는, 등전위선 EQ과 평행하게 되기 위한 경사도이 적은 방향(도시의 예로서는 시계 방향)으로 경사진다. 또한, 수평인 표면에 대하여 수직으로 배향하고 있는 액정 분자(30a)는, 도 24c에 도시한 바와 같이, 경사면에 대하여 수직으로 배향하고 있는 액정 분자(30a)와 배향이 연속이 되도록(정합하도록), 경사면상에 위치하는 액정 분자(30a)와 동일 방향(시계 방향)으로 경사진다.

도 24d에 도시한 바와 같이, 단면이 사다리꼴의 연속인 요철형의 표면에 대하여는, 각각의 경사면상의 액정 분자(30a)에 의해서 규제되는 배향 방향과 정합하도록, 정상면 및 저면상의 액정 분자(30a)가 배향한다.

본 실시예의 액정 표시 장치는, 이러한 표면의 형상(볼록부)에 의한 배향 규제력의 방향과, 경사 전계에의한 배향 규제 방향을 일치시킴으로써 방사상 경사 배향을 안정화시킨다.

도 25a 및 도 25b는, 각각 도 23b에 도시한 액정층(30)에 전압을 인가한 상태를 도시하고 있다. 도 25a는, 액정층(30)에 인가된 전압에 따라서, 액정 분자(30a)의 배향이 변화하기 시작한 상태(초기 ON 상태)를 모식적으로 도시하고 있다. 도 25b는, 인가된 전압에 따라서 변화한 액정 분자(30a)의 배향이 정상 상태에 달한 상태를 모식적으로 도시하고 있다. 도 25a 및 도 25b 중의 곡선 EQ은 등전위선 EQ를 나타낸다.

상부 도전층(14), 하부 도전층(12) 및 대향 전극(22)이 동전위일 때(즉, 액정층(30)에 전압이 인가되어 있지 않은 상태)에는, 도 23b에 도시한 바와 같이, 각 화소 영역내의 액정 분자(30a)는, 양 기판(11, 21)의 표면에 대하여 수직으로 배향하고 있다. 이 때, 볼록부(40)의 측면(40s)의 수직 배향막(도시되지 않음)에 접하는 액정 분자(30a)는, 측면(40s)에 대하여 수직으로 배향하여, 측면(40s)의 근방의 액정 분자(30a)는, 주변의 액정 분자(30a)와의 상호 작용(탄성 연속체로서의 성질)에 의해서, 도시한 바와 같이, 경사 배향을 취한다.

액정층(30)에 전압을 인가하면, 도 25a에 도시된 등전위선 EQ로 표시된 전위 경사도가 형성된다. 이 등전위선 EQ는 상부 도전층(14)의 중실부(solid portion:14b)와 대향 전극(22) 간에 위치하는 액정층내에서는 중실부(14b) 및 대향 전극(22)의 표면에 대해 평행하고, 상부 도전층(14)의 개구부(14a)에 대응하는 영역에서는 쑥 들어가서, 개구부(14a)의 엣지부 EG 위의 액정층내에 경사진 등전위선 EQ로 표시된 경사 전계가 형성된다. 또, 상부 도전층(14)의 개구부(14a)에 대응하는 영역내에서, 상부 도전층(14)의 전위 영향을 받지않는 영역의 액정층에는 하부 도전층(12) 및 대향 전극(22)의 표면에 평행하고 등전위선 EQ로 표시된 전계가 생성된다.

상술한 바와 같이, 이 경사 전계에 의해 엣지부 EG 위의 액정 분자(30a)는 도 25a에서 화살표로 표시됨과 같이 도의 우측 엣지부 EG에서 시계 방향으로, 도의 좌측 엣지부 EG에서 반시계 방향으로 각각 경사(회전)하여 등전위선 EQ에 평행하게 배향된다. 이 경사 전계에 의한 배향 규제 방향(direction of the orientation-regulating force)은 각각의 엣지부 EG에 위치하는 측면(40s)에 의한 배향 규제 방향과 동일하다.

상술한 바와 같이, 경사진 등전위선 EQ 상에 위치하는 액정 분자(30a)로부터 시작하는 배향의 변화가 진척되어 정상 상태가 되면 도 25b에 모식적으로 표시된 배향 상태가 된다. 개구부(14a)의 중앙 부근, 즉 볼록부(40) 정상면(40t)의 중앙 부근에 위치하는 액정 분자(30a)는 개구부(14a)와 서로 대향하는 양측 엣지부 EG의 액정 분자(30a)의 배향의 영향을 거의 동등하게 받을 수 있기 때문에, 등전위선 EQ에 대해 수직한 배향 상태를 유지하게 된다. 개구부(14a: 볼록부(40)의 정상면(40t))의 중심으로부터 벗어난 영역의 액정 분자(30a)는 각각 근접한 엣지부 EG의 액정 분자(30a)의 배향의 영향을 받아 경사되고, 개구부(14a: 볼록부(40)의 정상면(40t))의 중심 SA에 대해 대칭적인 경사 배향을 형성한다. 또, 개구부(14a) 및 볼록부(40)에 의해 실질적으로 둘러싸인 단위 중실부(14b')에 대응하는 영역에 있어서도, 단위 중실부(14b')의 중심 SA에 대해 대칭적인 경사 배향을 형성한다.

이와 같이, 실시예2의 액정 표시 장치(400B)에 있어서도, 실시예1의 액정 표시 장치(400A)와 마찬가지로 방사상 경사 배향을 가지는 액정 도메인이 개구부(14a) 및 단위 중실부(14b')에 대응하여 형성된다.(도 16c 참조) 볼록부(40)는 대개 단위 중실부(14b')를 원형으로 완전히 둘러싸는 것과 같이 형성되어 있기 때문에, 각 액정 도메인은 볼록부(40)로 둘러싸인 대개 원형의 영역에 대응하여 형성된다. 게다가, 개구부(14a)의 내측에 설계된 볼록부(40)의 측면(40s)은 개구부(14a)의 엣지부 EG 부근의 액정 분자(30a)를 경사 전계에 의한 배향 방향과 같은 방향에 경사 시킬수 있도록 작용하기 때문에, 방사상 경사 배향을 안정화시킬 수 있다.

물론, 경사 전계에 의한 배향 규제력은 전압 인가시 이외에는 작용하지 않고, 그 강도는 전계 강도(인가 전압의 크기)에 의존한다. 따라서, 전계 강도가 약하면(즉 인가 전압이 낮으면) 경사 전계에 의한 배향 규제력도 약하고, 액정 패널에 외력이 가해지면 액정 재료의 유동에 의해 방사상 경사 배향이 붕괴될 수 있다. 일단, 방사상 경사 배향이 붕괴되고, 충분히 강한 배향 규제력을 발휘하는 경사 전계를 생성하기에 충분할 정도의 전압이 인가되지 않으면, 방사상 경사 배향이 복원되지 않는다. 한편, 볼록부(40)의 측면(40s)에 의한 배향 규제력은 인가 전압에 관계 없이 작용하며 배향막의 "앵커링(anchoring) 효과"로서 당업자에게 알려져 있는 바와 같이 매우 강하다. 따라서, 심지어 액정 재료의 유동이 발생하여 방사상 경사 배향이 붕괴되어도, 볼록부(40)의 측면(40s) 부근의 액정 분자(30a)는 방사상 경사 배향 때와 동일한 배향 방향을 유지하고 있다. 따라서, 액정 재료의 유동이 멈쳐지기만 하면, 방사상 경사 배향이 용이하게 복원된다.

이와 같이, 실시예2의 액정 표시 장치(400b)는 실시예1의 액정 표시 장치(400a)가 가지는 특징 이외에 외력에 대해 강하다고 하는 부가적인 특징을 갖고 있다. 따라서, 액정 표시 장치(400b)는 외력이 인가되기 쉽고 휴대용으로 사용할 기회가 많은 PC 또는 PDA에 적절히 사용될 수 있다.

볼록부(40)가 고 투명성의 유전체를 사용하여 형성되면, 개구부(14a)에 대응하여 형성된 액정 도메인 표시에의 기여율을 향상시키는 이점을 얻을수 있다. 한편, 볼록부(40)가 불투명한 유전체를 사용하여 형성되면, 볼록부(40)의 측면(40s)에 의해 경사 배향하고 있는 액정 분자(30a)의 리타데이션(retardation)에 기인하는 광 누설을 방지할 수 있는 이점이 얻어진다. 투명 유전체 또는 불투명 유전체 중 어느 것을 사용할 것인가 여부는 액정 표시 장치의 용도등을 고려하여 결정하면 좋을 것이다. 어느 경우에도, 감광성 수지를 사용하면, 개구부(14a)에 대응하여 패터닝하는 공정을 간략화할 수 있는 이점이 있다. 충분한 배향 규제력을 얻기 위해서, 액정층(30)의 두께가 약 3㎛일 때 볼록부(40)의 높이는 약 0.5㎛ 내지 약 2㎛의 범위내인 것이 바람직하다. 일반적으로, 볼록부(40)의 높이는 액정층 두께의 약 1/6 내지 약 2/3 범위내에 있는 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 액정 표시 장치(400b)는 상부 도전층(14)의 개구부(14a) 내측에 볼록부(40)를 가지고, 볼록부(40)의 측면(40s)은 액정층(30)의 액정 분자(30a)에 대해 경사 전계에 의한 배향 규제 방향과 동일한 방향의 배향 규제력을 갖고 있다. 측면(40s)이 경사 전계에 의한 배향 규제 방향과 동일한 방향의 배향 규제력을 갖기 위한 바람직한 조건이 도 26a 내지 도 26c를 참조하여 설명될 것이다.

도 26a 내지 도 26c는 각각 액정 표시 장치(400c, 400d 및 400e)의 단면도를 모식적으로 표시하고, 도 25a에 해당한다. 액정 표시 장치(400c, 400d 및 400e)는모두 개구부(14a)의 적어도 내측에 볼록부를 갖지만, 하나의 구조체로서 볼록부(40) 전체와 개구부(14a)와의 배치 관계에 의해 액정 표시 장치(400b)와 다르다.

도 25a에 도시한 바와 같이, 상술한 액정 표시 장치(400b)에 있어서, 구조체로서의 볼록부(40) 전체가 개구부(14a)의 내측에 형성되어 있고, 볼록부(40)의 저면은 개구부(14a) 보다도 작다. 도 26a에 도시된 액정 표시 장치(400c)에 있어서, 볼록부(40a)의 저면은 개구부(14a)와 일치되어 있다. 도 26b에 도시된 액정 표시 장치(400d)에 있어서, 개구부(14a) 주변의 중실부(도전막: 14b)를 커버하기 위해 볼록부(40b)는 개구부(14a) 보다도 큰 저면을 갖고 있다. 볼록부(40, 40a 및 40b) 중 어느 하나의 측면(40s) 상에도 중실부(14b)가 형성되어 있지 않다. 그 결과, 각각의 도에 도시된 바와 같이, 등전위선 EQ는 중실부(14b) 상에서 충분히 평탄하고 개구부(14a)에서 쑥 들어간다. 따라서, 상술한 액정 표시 장치(400b)의 볼록부(40)와 마찬가지로, 액정 표시 장치(400c 및 400d)의 볼록부(40a 및 40b)의 측면(40s)은 경사 전계에 의한 배향 규제력과 동일한 방향의 배향 규제력을 발휘하여 방사상 경사 배향을 안정화시킨다.

이에 비해, 도 26c에 도시된 액정 표시 장치(400E)의 볼록부(40c)의 저면은 개구부(14a) 보다도 크고, 개구부(14a) 주변의 중실부(14b)는 볼록부(40c)의 측면(40s) 상에 형성되어 있다. 이 측면(40s) 상에 형성된 중실부(14b)의 영향 탓으로, 등전위선 EQ에 리지부(ridge portion)가 형성된다. 등전위선 EQ의 리지부는 개구부(14a)에서 쑥 들어가는 등전위선 EQ와 반대의 경사도를 가지고 있다. 이것은 액정 분자(30a)를 방사상 경사 배향 시키는 경사 전계와 역 방향인 경사 전계를 생성하고 있는 것을 표시하고 있다. 따라서, 측면(40s)이 경사 전계에 의한 배향 규제력 방향과 동일한 방향의 배향 규제력을 갖기 위해서, 측면(40s) 상에 중실부(도전막: 14b)가 형성되지 않는 것이 바람직하다.

다음, 도 23a에 도시된 볼록부(40)의 27A-27A' 선을 따라 얻어진 단면 구조가 도 27를 참조하여 설명될 것이다.

상술한 바와 같이, 도 23a에 도시된 볼록부(40)는 단위 중실부(14b')를 일반적으로 원형으로 완전히 둘러싸는 것 같이 형성되어 있기 때문에, 인접하는 단위 중실부(14b')를 상호 접속하는 역할을 수행하고 있는 부분(원형부로부터 사방으로 연장되는 지부)은 도 27에 도시된 바와 같이 볼록부(40) 상에 형성된다. 따라서, 상부 도전층(14)의 중실부(14b)를 형성하는 도전막을 퇴적하는 공정에 있어서, 볼록부(40)상에 단선이 생긴다든지, 혹은 제조 프로세스의 후 공정에서 박리(delamination)가 발생할 위험성이 높다.

이런 관점에서, 도 28a 및 도 28b에 도시된 액정 표시 장치(400f)와 같이, 각각 독립된 볼록부(40d)가 개구부(14a) 내에 완전히 포함되도록 형성되면, 중실부(14b)를 형성하는 도전막은 기판(11)의 평탄한 표면에 형성되기 때문에 단선또는 박리가 발생할 위험성이 없어진다. 또한, 비록 볼록부(40d)는 대개 단위 중실부(14b')를 원형으로 완전히 둘러싸도록 형성되지는 않지만, 단위 중실부(14b')에 대응하는 대개 원형 액정 도메인이 형성되고, 앞의 예와 같이 그 방사상 경사 배향은 안정화된다.

개구부(14a) 내에 볼록부(40)를 형성함에 의해 얻어지는 방사상 경사 배향을 안정화 시키는 효과는 예시된 패턴의 개구부(14a)에 한정되지 않고, 실시예1에서 설명된 어떤 패턴의 개구부(14a)에 대해서도 마찬가지로 적용할 수 있어 동일한 효과를 얻을 수 있다. 또한, 볼록부(40)가 외력에 맞서 배향 안정화 효과를 충분히 발휘하도록 하기 위해, 볼록부(40)의 패턴(기판 법선 방향으로부터 보았을때의 패턴)은 가능한 한 넓은 영역의 액정층(30)을 둘러싸는 형성으로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 볼록부(40)에 따른 배향 안정화 효과는, 예를 들면, 원형 개구부(14a)를 갖는 네거티브(negative) 패턴 보다도 원형 단위 중실부(14b')를 갖는 포지티브(positive) 패턴의 경우에 더 커질 수 있다.

실시예3

상기 제1 실시예의 액정 표시 장치에서는, 액정층(30)을 통해 상호 대향하여, 화소 영역을 규정하는 화소 전극(15)과 대향 전극(22)중의 한쪽의 전극(화소 전극(15)의 경우를 예시하였다)를 2층 구조 전극으로 하여, 상부 도전층(14)에 개구부(14a)를 설치하는 것에 따라, 전압 인가시에 경사 전계를 생성시키고, 이 경사 전계를 이용하여 액정 분자를 방사상 경사 배향으로 배열한다. 제2 실시예의 액정 표시 장치는, 상부 도전층(14)의 개구부(14a)내에 볼록부를 설치하는 것에 따라, 방사상 경사 배향을 안정화시켰다.

제3 실시예에서는, 2층 구조 전극이 형성된 기판(상기 예로서는 TFT 기판)과는 다른 기판(상기 예로서는 대향 기판)에 한층 더 배향-규제 구조를 구비하는 액정 표시 장치를 설명한다. 이하의 설명에서는, 상술한 경사 전계에 의해서 방사상 경사 배향을 실현하는 전극 구조를 제1 배향-규제 구조라고 부르고, 액정층에 대하여 제1 배향-규제 구조와는 다른 측에 설치된 한층 더 배향-규제 구조를 제2 배향-규제 구조라고 부른다.

다음에, 제2 배향-규제 구조의 구체적인 구조 및 작용을 설명한다. 지금까지의 설명에 따라서, 제1 배향-규제 구조가 TFT 기판에 설치되고, 제2 배향-규제 구조가 대향 기판에 설치되고 있는 경우에 관해서 설명한다.

도 29a 내지 도 29e에, 제2 배향-규제 구조(28)를 갖는 대향 기판(200b)을 모식적으로 도시한다. 상술한 액정 표시 장치와 실질적으로 동일 구성 요소에는 공통의 참조 부호를 붙여, 그 설명을 여기서는 생략한다.

도 29a 내지 도 29e에 도시한 제2 배향-규제 구조(28)는, 액정층(30)의 액정 분자(30a)를 방사상 경사 배향으로 배향시키는 바와 같이 작용한다. 단지, 도 29 a 내지 도 29d에 도시한 제2 배향-규제 구조(28)와 도 29e에 도시한 제2 배향-규제 구조(28)와는, 액정 분자(30a)를 경사시키는 방향이 다르다.

도 29a 내지 도 29d에 도시한 제2 배향-규제 구조(28)에 의한 액정 분자의 경사 방향은, 제1 배향-규제 구조에 의해서 상부 도전층(14)의 단위 중실부(unit solid portion)(14b')(예를 들면 도 11c 참조)에 대응하는 영역에 형성되는 액정도메인의 각각의 방사상 경사 배향의 배향 방향과 정합한다. 이와는 반대로, 도 29e에 도시한 제2 배향-규제 구조(28)에 의한 액정 분자의 경사 방향은, 제1 배향-규제 구조에 의해서 상부 도전층(14)의 개구부(14a)(예를 들면 도 11c참조)에 대응하는 영역에 형성되는 액정 도메인의 방사상 경사 배향의 배향 방향과 정합한다.

도 29a에 도시한 제2 배향-규제 구조(28)는, 상부 도전층(14)(예를 들면 도 15a의 단위 중실부(14b'))에 대향하도록 설치되는 대향 전극(22)의 개구부(22a)에 의해서 구성되어 있다. 액정층(30)에 근접한 대향 기판(200b)의 한 표면에는 수직 배향막(도시되지 않음)이 설치되고 있다.

상기 제2 배향-규제 구조(28)는, 상술한 제1 배향-규제 구조와 같이, 전압 인가시에만 배향 규제력을 발현한다. 제2 배향-규제 구조(28)는, 제1 배향-규제 구조에 의해서 형성되는 방사상 경사 배향의 액정 도메인 각각의 액정 분자에 대하여 배향 규제력을 작용하는 것만이 요구되기 때문에, 개구부(22a)의 크기는, 상부 도전층(14)에 설치되는 개구부(14a)보다도 작다. 또한, 개구부(14a)에 의해서 포위되는 단위 중실부(14b')(예를 들면 도 15a참조)보다도 작다. 예를 들면, 개구부(14a)나 단위 중실부(14b')의 면적의 절반 이하로 충분한 효과를 얻을 수 있다. 대향 전극(22)의 개구부(22a)를 상부 도전층(14)의 단위 중실부(14b')의 중앙부에 대향하는 위치에 설치되도록 구비될 경우, 액정 분자의 배향의 연속성이 증가하게 되고, 방사상 경사 배향의 중심축의 위치를 고정할 수가 있다.

이와 같이, 제2 배향-규제 구조로서, 전압 인가시에만 배향 규제력을 발현하는 구조를 채용하면, 전압 무인가 상태에서 액정층(30)의 거의 모든 액정 분자(30a)가 수직 배향 상태를 가진다. 노멀 블랙 모드(normal black mode)를 채용한 경우에, 블랙 디스플레이 상태의 있어 광 누설이 거의 발생하지 않고, 양호한 콘트라스트비의 표시를 실현할 수 있다.

그러나, 전압 무인가 상태에서 배향 규제력이 발생하지 않고, 그 결과 방사상 경사 배향이 형성되지 않는다. 또한, 인가 전압이 낮을 때에는 배향 규제력이 약하여, 너무 큰 응력이 액정 패널에 인가되면, 잔상이 관찰될 수 있다.

도 29b 내지 도 29d에 도시한 제2 배향-규제 구조(28)의 각각은, 전압의 인가/무인가에 상관없이, 배향 규제력을 발현하기 때문에, 모든 계조 표시에 있어서 안정된 방사상 경사 배향이 얻어지고, 응력에 대한 내성에도 우수하다.

우선, 도 29b에 도시한 제2 배향-규제 구조(28)는, 대향 전극(22)상에 액정층(30)측을 뚫고 나온 볼록부(22b)를 갖는다. 볼록부(22b)를 형성하는 재료에 특히 제한은 없지만, 수지 등의 유전체 재료를 이용하여 용이하게 형성할 수가 있다. 또, 대향 기판(200b)의 액정층(30)측의 표면에는 수직 배향막(도시되지 않음)이 설치되고 있다. 볼록부(22b)는, 그 표면(수직 배향성을 갖는다)의 형상 효과에 의해서, 액정 분자(30a)를 방사상 경사 배향한다. 또한, 바람직하게는, 열에 의해서 변형하는 수지 재료를 이용하면, 패터닝의 후의 열처리에 의해서, 도 29b에 도시하였던 것 같이, 완만한 언덕상의 단면 형상을 갖는 볼록부(22b)를 용이하게 형성할 수 있다. 도시한 바와 같이, 정점을 갖는 완만한 단면 형상(예를 들면 구의 일부)를 갖는 볼록부(22b)나 원추형의 형상을 갖는 볼록부는, 방사상 경사 배향의 중심 위치를 고정하는 효과가 우수하다.

도 29c에 도시한 제2 배향-규제 구조(28)는, 대향 전극(22)의 아래(기판(21)에 가까운 대향 전극(22)의 한 측면)에 형성된 유전체층(23)에 설치된 개구부(또는 오목부)(23a)내의 액정층(30)측의 수평 배향성 표면에 의해서 구성되어 있다. 여기서는, 대향 기판(200b)의 액정층(30)측에 형성되는 수직 배향막(24)을, 개구부(23a)내에만 형성하지 않음으로써, 개구부(23a)내의 표면을 수평 배향성 표면으로 하고 있다. 선택적으로, 도 29d에 도시한 바와 같이, 개구부(23a)내에만 수평 배향막(25)을 형성할 수 있다.

도 29d에 도시한 수평 배향막은, 예를 들면, 일단 대향 기판(200b)의 전면에 수직 배향막(24)을 형성한 후, 그 수직 배향성이 저하되도록 개구부(23a)내에 존재하는 수직 배향막(24)에 선택적으로 자외선을 조사하여 형성될 수 있다. 제2 배향-규제 구조(28)를 구성하기 위해서 필요한 수평 배향성은, 높을 필요가 없어서, 그 결과의 프리틸트각은 TN형 액정 표시 장치에 이용되고 있는 배향막에서 초래되는 것 같이 작다. 예를 들면, 프리틸트각이 45°이하면 충분하다.

도 29c 및 도 29d에 도시한 바와 같이, 개구부(23a)내의 수평 배향성 표면상에서는, 액정 분자(30a)가 기판면에 대하여 수평하게 배향하려고 한다. 그 결과, 주위의 수직 배향막(24)상에 수직 배향하고 있는 액정 분자(30a)의 배향과 연속성을 유지하는 것 같은 배향이 형성되어, 도시하였던 것과 같은 방사상 경사 배향이 얻어진다.

대향 전극(22)의 표면에 오목부(유전체층(23)의 개구부에 의해서 형성된다)를 설치하지 않고서, 대향 전극(22)의 평탄한 표면상에, 수평 배향성 표면(예를 들면, 전극의 표면 또는 수평 배향막 등)을 선택적으로 설치만 하여도 방사상 경사 배향이 얻어지지만, 오목부의 표면 형상 효과에 의해서, 방사상 경사 배향이 더 안정화될 수가 있다.

대향 기판(200b)의 액정층(30)측의 표면에 오목부를 형성하기 위해서, 예를 들면, 유전체층(23)으로서, 컬러 필터층이나 컬러 필터층의 오버코트층을 이용하면, 프로세스가 증가하는 것이 없기 때문에 바람직하다. 또한, 도 29c 및 도 29d에 도시한 구조는, 도 29a에 도시한 구조와 같이, 볼록부(22b)를 통해 액정층(30)에 전압이 인가되는 영역이 존재하지 않기 때문에, 광의 이용 효율의 저하가 적다.

도 29e에 도시한 제2 배향-규제 구조(28)는, 도 29d에 도시한 제2 배향-규제 구조(28)와 같이, 유전체층(23)의 개구부(23a)를 이용하여, 대향 기판(200b)의 액정층(30)측에 오목부를 형성하여, 그 오목부의 바닥부에만 수평 배향막(26)을 형성하고 있다. 수평 배향막(26)을 형성하는 대신에, 도 29c에 도시한 바와 같이, 대향 전극(22)의 표면을 노출시킬수 있다.

상술한, 제1 배향-규제 구조 및 제2 배향-규제 구조를 구비하는 액정 표시 장치(400G)를 도 30a 및 도 30b에 도시한다. 도 30a는 상면도이고, 도 30b는, 도 30a의 22B-22B'선에 따른 단면도이다.

액정 표시 장치(400G)는, 제1 배향-규제 구조를 구성하는 개구부(14a)를 갖는 상부 도전층(14)을 갖는 TFT 기판(400a)과, 제2 배향-규제 구조(28)를 갖는 대향 기판(200b)를 갖고 있다. 또, 제1 배향-규제 구조는, 여기서 예시하는 구성에 한정되지 않고, 전술한 여러가지의 구성을 적절하게 이용할 수 있다. 또한, 제2 배향-규제 구조(28)로서, 전압 무인가시에도 배향 규제력을 발현하는 구조(도 29b 내지 도 29d 및 도 29e)를 예시하지만, 도 29b 내지 도 29d에 도시한 제1 배향-규제 구조에 바꿔, 도 29a에 도시한 것을 이용할 수 있다.

액정 표시 장치(400G)의 대향 기판(200b)에 설치된 제2 배향-규제 구조(28) 중, 상부 도전층(14)의 중실부(14b)에 대향하는 영역의 중앙 부근에 설치된 제2 배향-규제 구조(28)는 도 29b 내지 도 29d에 도시되어 있는 것 중의 하나이고, 상부 도전층(14)의 개구부(14a)에 대향하는 영역의 중앙 부근에 설치된 제2 배향-규제 구조(28)는 도 29e에 도시된 것이다.

이러한 배치로, 액정층(30) 양단에 인가 전압이 존재하면, 즉 상부 도전층(14)과 대향 전극(22) 사이에 인가 전압이 존재하면, 제1 배향-규제 구조에 의해 형성된 방사상 경사 배향의 방향은 제2 배향-규제 구조(28)에 의해 형성된 방사상 경사 배향의 방향과 정합되고, 이로 인해 방사상 배향이 안정화된다. 이것은 도 30a 내지 도 30c에 개략적으로 도시되어 있다. 도 30a는 전압 무인가 시의 상태를 도시하고, 도 30b는 전압 인가 후에 배향이 변화하기 시작한 상태(초기 ON 상태)를 도시하며, 도 30c는 전압 인가 중의 정상 상태를 개략적으로 도시한 것이다.

도 31a에 도시한 바와 같이, 제2 배향-규제 구조(도 29b 내지 도 29d)에 의해 가해진 배향 규제력은 전압 무인가 상태에 있어서도 주변의 액정 분자(30a)에 작용하고, 이로 인해 방사상 경사 배향을 형성한다.

전압 인가가 시작되면, 도 31b에 도시한 등전위선 EQ로 표시된 전계가 생성되고(제1 배향-규제 구조에 의함), 액정 분자(30a)가 방사상 경사 배향된 액정 도메인이 개구부(14a)에 대응하는 각 영역 및 중실부(14b)에 대응하는 각 영역 내에 형성되어, 액정층(30)이 도 31c에 도시한 바와 같이 안정 상태에 도달한다. 각 액정 도메인 내의 액정 분자(30a)의 경사 방향은 대응하는 영역에 설치된 제2 배향-규제 구조(28)에 의해 가해진 배향 규제력에 의해 액정 분자(30a)가 경사지는 방향과 일치한다.

정상 상태에 있는 액정 표시 장치(400G)에 응력이 인가되면, 액정층(30)의 방사상 경사 배향은 일단 붕괴되지만, 응력의 제거 시에, 방사상 경사 배향은 제1 배향-규제 구조 및 제2 배향-규제 구조로부터의 배향 규제력이 액정 분자(30a)에 작용하고 있기 때문에 복귀된다. 그러므로, 응력으로 인한 잔상의 발생이 억제된다. 제2 배향-규제 구조(28)로부터의 배향 규제력이 너무 강하면, 전압 무인가시에도 방사상 경사 배향으로 인해 리타데이션(retardation)이 발생하여, 표시 콘트라스트 비가 저하될 우려가 있다. 그러나, 제2 배향-규제 구조(28)로부터의 배향 규제력은 제1 배향-규제 구조에 의해 형성된 방사상 경사 배향의 안정화 및 중심축 위치의 고정화 효과를 갖지 않기 때문에 강해질 필요가 없다. 그러므로, 표시 품위를 저하시킬 정도의 리타데이션을 발생시키지 않는 배향 규제력 정도이면 충분하다.

예를 들어, 도 29b에 도시된 볼록부(22b)가 사용되면, 직경이 약 30 ㎛ 내지 약 35 ㎛인 단위 중실부(14b')에 대해 각 볼록부(22b)는 직경이 약 15 ㎛이고 높이(두께)가 약 1 ㎛이므로, 충분한 배향 규제력이 얻어지고, 리타데이션으로 인한 콘트라스트 비의 저하도 실용적인 레벨로 억제된다.

도 32a 및 도 32b는 제1 배향-규제 구조 및 제2 배향-규제 구조를 포함하는 다른 액정 표시 장치(400H)를 도시한 것이다. 도 32a는 평면도이고, 도 32b는 도 32a의 라인 32B-32B'를 따라 취해진 단면도이다.

액정 표시 장치(400H)는 TFT 기판(400a)의 상부 도전층(14)의 개구부(14a)에 대향하는 영역에 제2 배향-규제 구조를 갖지 않는다. 개구부(14a)에 대향하는 영역에 형성되어야 하는 도 29e에 도시된 제2 배향-규제 구조(28)의 형성은 프로세스상 곤란함을 수반한다. 그러므로, 생산성의 관점에서, 도 29a 내지 도 29d에 도시된 제2 배향 규게 구조(28) 중의 하나만을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 도 29b에 도시한 제2 배향-규제 구조(28)는 간편한 프로세스로 생성될 수 있기 때문에 바람직하다.

제2 배향-규제 구조가 액정 표시 장치(400H)에서와 같이 개구부(14a)에 대응하는 영역에 설치되지 않아도, 도 33a 내지 도 33c에 개략적으로 도시된 바와 같이, 액정 표시 장치(400G)에서와 같은 방사상 경사 배향이 얻어지고, 또한 그 내응력성도 실용적인 레벨로 된다.

<제4 실시예>

본 실시예의 액정 표시 장치에서, 화소 전극의 상부 도전층과 하부 도전층 사이에 설치된 유전체층은 상부 도전층의 개구부 내에 개구부(애퍼추어) 또는 오목부를 갖는다. 즉, 본 실시예의 액정 표시 장치의 2층 화소 전극에서, 상부 도전층의 개구부 내에 위치한 유전체층의 모든 영역은 제거되고(따라서, 그 안에 개구부가 형성됨), 또는 그 영역의 일부가 제거된다(따라서, 오목부가 형성됨).

먼저, 유전체층 내에 개구부를 포함하는 화소 전극을 갖는 액정 표시 장치(500)의 구조와 동작에 대해서 도 34a 내지 도 34c를 참조하여 설명하겠다.

액정 표시 장치(500)에서, 화소 전극(15)의 상부 도전층(14)은 개구부(14a)를 포함하고, 하부 도전층(12)과 상부 도전층(14) 사이에 설치된 유전체층(13)은 상부 도전층(14)의 개구부(14a)에 대응하도록 형성된 개구부(13a)를 포함하고, 하부 도전층(12)은 개구부(13a)를 통해 노출된다. 유전체층(13)의 개구부(14a)의 측벽은 일반적으로 테이퍼 형상으로 된다(테이퍼 각 : θ). 액정 표시 장치(500)는 유전체층(13)이 개구부(13a)를 포함하는 점을 제외하고는 제1 실시예의 액정 표시 장치(100)와 실질적으로 동일한 구조를 갖고 있고, 2층 구조의 화소 전극(15)은 실질적으로 액정 표시 장치(100)의 화소 전극(15)과 동일한 방식으로 작용하여, 전압 무인가 시에 액정층(30)을 방사상 경사 배향 상태로 한다.

액정 표시 장치(500)의 동작에 대해 도 34a 내지 도 34c를 참조하여 설명하겠다. 도 34a 내지 도 34c는 제1 실시예의 액정 표시 장치(100)를 도시한 도 1a 내지 도 1c에 각각 대응한다.

도 34a에 도시한 바와 같이, 각 화소 영역 내의 액정 분자(30a)는 전압 무인가 시에(OFF 상태) 기판(11 및 21)의 표면에 대해 수직으로 배향된다. 다음 설명에서는, 간단하게 하기 위해서, 개구부(13a)의 측벽으로부터의 배향 규제력에 대해서는 무시하겠다.

전압이 액정층에 인가될 때, 도 34b에 도시된 등전위선 EQ에 의해 표시되는 전위 경사도가 형성된다. 상부 도전층(14)의 개구부(14a)에 대응하는 영역에서 등전위선 EQ의 강하(그 안에 "골"을 형성함)로부터 알 수 있는 바와 같이, 경사 전계는 도 1b에 도시된 전위 경사도에서와 같이 액정 표시 장치(500)의 액정층(30)에 형성된다. 그러나, 화소 전극(15)의 유전체층(13)은 상부 도전층(14)의 개구부(14a)에 대응하는 영역 내에 개구부(13a)를 포함하기 때문에, 개구부(14a)(개구부(13a))에 대응하는 액정층(30)의 영역에 인가된 전압은 정확히 하부 도전층(12)과 대향 전극(22) 사이의 전위차이고, 유전체층(13)으로 인한 전압 강하(용량 분할)는 일어나지 않는다. 바꾸어 말하면, 상부 도전층(14)와 대향 전극(22)사이의 도 34b에 도시된 7개의 등전위선(EQ) 모두는 전체 액정층(30)을 가로질러 상부 도전층(14)과 대향 전극(22) 사이에 머물러(도 1b에 도시된 것과 반대로 5개의 등전위선 EQ중 하나는 유전체층(13) 내로 침입됨), 전체 화소 영역에 일정한 전압을 인가한다.

그러므로, 유전체층(13)에 개구부(13a)를 제공함으로써, 액정층(30)의 다른 영역들에 인가된 것과 개구부(13a)에 대응하는 액정층(30)의 영역에 동일한 전압을 인가하는 것이 가능하다. 그러나, 전압이 인가되는 액정층(30)의 두께는, 각각의 화소 영역 내의 위치에 따라 변화하여, 인가된 전압의 존재시 리타데이션의 변화가 또한 위치에 따라 변화한다. 변화의 정도가 상당하다면, 표시 품위가 저하될 수 있다.

도 34a 내지 도 34c에 도시된 구조에서, (개구부(14a)를 제외한) 상부 도전층(상의 액정층(30)의 두께 d1과 개구부(14a)(및 개구부(13a))를 통해 노출된 하부 도전층(12)상의 액정층의 두께 d2는 유전체층(13)의 두께만큼 서로 다르다. 두께 d1을 갖는 액정층(30)의 부분과 두께 d2를 갖는 액정층(30)의 다른 부분은 동일한 전압 범위로 구동될 때, 액정층(30)의 배향 변화에 의해 야기된 리타데이션량은 액정층(30)의 각각의 부분들 간의 차이의 영향으로 그 사이에서 변화한다. 인가된 전압과 액정층(30)의 리타데이션량 사이의 관계가 위치에 따라 상당히 변화하는 경우, 다음의 문제가 발생한다. 즉, 표시 품위가 보다 높은 우선 순위로 주어지는 디자인에서, 투과율이 희생되고, 투과율이 보다 높은 우선 순위로 주어지는 경우에는, 화이트 디스플레이 상태에서의 컬러 온도가 시프트하여, 표시 품위가 희생된다. 그러므로, 액정 표시 장치(500)가 투과형 액정 표시 장치로서 사용될 때, 유전체층(13)의 두께는 바람직하게는 작다.

다음에, 화소 전극의 유전체층이 오목부를 포함하는 액정 표시 장치(600)가 도 35를 참조하여 설명되고, 도 35는 액정 표시 장치(600)의 한 화소 영역의 구조를 도시한 단면도를 도시한다.

액정 표시 장치(600)의 화소 전극(15)의 유전체층(13)은 상부 도전층(14)의 개구부(14a)에 대응하는 오목부(31b)을 포함한다. 이것 이외에, 액정 표시 장치(600)의 구조는 실질적으로 도 34a 내지 34c에 도시된 액정 표시 장치(500)의 것과 동일하다.

액정 표시 장치(600)에서, 화소 전극(15)의 상부 도전층(14)의 개구부(14a)에 위치된 유전체층(13)의 부분은 완전히 제거되지 않아, 개구부(14a)상에 위치된 액정층(30)의 부분의 두께 d3은 액정 표시 장치(500)의 개구부(14a)에 위치된 액정층(30)의 대응하는 부분의 두께 d2보다 오목부(13b)내의 유전체층(13)의 두께만큼 작다. 더구나, 개구부(14a) 내의 액정층(30)의 영역에 인가된 전압은 오목부(13b)내의 유전체층(13)으로 인해 전압 강하(커패시턴스 분할)되어, 상부 도전층상의 액정층(30)의 영역(개구부(14a)를 제외한 그 영역)에 인가된 전압보다 낮다. 그러므로, 오목부(13b)내의 유전체층(13)의 두께를 조정함으로써, 액정층(30)의 두께의 차이로 인한 리타데이션량의 변화와 위치에 따른 액정층(30)에 인가된 전압의 변화(개구부(14a)내의 액정층에 인가된 전압의 감소량) 간의 관계를 조절하는 것이 가능하게 되어, 인가된 전압과 리타데이션 간의 관계가 화소 영역내의 위치에 의존하지 않는 것이 보장된다. 보다 엄격하게는, 인가된 전압과 리타데이션 간의 관계는 화소 영영을 가로질러 균일하게 제어되어, 액정층의 복굴절율, 액정층의 두께, 유전체층의 유전 상수 및 두께, 및 유전체층의 오목부의 두께(또는 깊이)를 조정함으로써, 고품질 표시가 실현된다. 특히, 평탄 표면 유전체층을 갖는 전송형 액정 표시 장치에 비해, 상부 도전층(14)의 개구부(14a)에 대응하는 액정층(30)의 영역에 인가된 전압의 감소로 인한 투과도의 감소(광 효율의 감소)가 억제되는 이점이 있다.

상기 설명에서, 화소 전극(15)의 상부 도전층(14)과 하부 도전층(12)에는 동일한 전압이 인가된다. 하부 도전층(12)과 상부 도전층(14)에 다른 전압이 인가될 때, 표시 불균일성없이 화상을 표시할 수 있는 액정 표시 장치의 구조의 다양화를 증가시킬 수 있다. 예를 들어, 유전체층(13)이 상부 도전층(14)의 개구부(13a)에 제공되는 구조에서, 상부 도전층(14)에 인가된 전압보다 전압 강하만큼 높은 전압이 하부 도전층(12)에 인가되어, 액정층(30)에 인가된 전압이 화소 영역내의 위치에 따라 변화하는 것이 방지될 수 있다.

제1 실시예의 액정 표시 장치(100)에서와 같이, 제4 실시예의 액정 표시 장치(500) 및 액정 표시 장치(600)에서, 액정 분자(30a)는 개구부(14a)를 갖는 상부 도전층(14)을 포함하는 2층 화소 전극(15)에 의해 발생된 경사 전계의 함수에 의해, 개구부(14a)의 엣지부에서의 것들로부터 경사하기 시작하여, 각 화소 영역 내의 액정층(30)은 개구(14a) 주위에서 방사상 경사 배향을 취한다. 방사상 경사 배향의 형성에 대해서는 더 이상 설명하지 않겠다.

본 실시예의 액정 표시 장치의 화소 전극의 구조에 대해 도 36a 및 도 36b를 참조하여 보다 상세히 설명하겠다. 도 36a 및 도 36b 각각은 화소 전극 주위의 구조를 개략적으로 도시한 확대 단면도이다. 도 36a는 상부 도전층(14)이 유전체층(13)의 개구부(13a)의 측벽 상에 형성되지 않은 화소 전극의 구조를 도시하고, 도 36b는 상부 도전층(14)이 유전체층(13)의 개구부(13a)의 측벽 상에 형성된 다른 화소 전극의 구조를 도시한다.

도 34a 내지 도 34c 및 도 35에 각각 도시된 액정 표시 장치(500) 및 액정 표시 장치(600)는 둘다 도 36a에 도시된 것과 같은 구조를 갖는다. 도 36a에 도시된 화소 전극 구조는 다음과 같은 이유로 도 36b에 도시된 것보다 양호하다. 도 36에 도시된 화소 전극 구조에서, 상부 도전층(14)의 개구부(14a)의 엣지부에서 발생된 경사 전계는 (보다 큰 경사각으로) 보다 경사지게 되어, 엣지부의 근처에 있는 액정 분자(30a)는 (균일하게 정해진 방향으로) 보다 안정하게 경사질 수 있다. 도 36a에 도시된 등전위선 EQ로부터 알 수 있는 바와 같이, 개구부(14a)내의 등전위선 EQ의 부분이 유전체층(13)의 개구부(13a)의 측벽내로 침입되기 때문에, 개구부(14a)의 엣지부에서의 등전위선 EQ의 경사도는 측벽의 경사보다 크다. 그러므로, 배향이 (측면에 형성된 수직 배향막(도시 안됨)상의) 개구부(13a)의 측벽의 표면과 수직하여 조정된 액정 분자는 특유하게 정해진 방향(도시된 예에서 반시계 방향)으로 경사질 수 있다. 또한, 도 36a로부터 알 수 있는 바와 같이, 개구부(13a)의 측벽상의 액정 분자(30a)가 경사 전계에 의해서 특유의 방향으로 경사(회전)하기 위해서는 측벽의 경사각θ는 작은쪽이 바람직하다.

이것에 대하여, 유전체층(13)의 개구부(13a)의 측벽상에 상부 도전층(14)을 형성하면, 도 36b의 등전위선EQ로 나타낸 바와 같이, 측벽상에서는 등전위선EQ가 상부 도전층(14)의 표면에 평행하게 되므로, 개구부(14a)의 엣지부에서의 등전위선EQ의 경사는 측벽의 경사보다도 완만하게 된다. 따라서, 유전체층(13)의 개구부(13a)의 측벽의 표면(상부 도전층상에 형성된 수직 배향막(도시 생략)상)에 수직으로 배향 제어되어 있는 액정 분자(30a)에 대하여, 등전위선EQ는 직교함으로, 액정 분자(30a)가 경사지는 방향이 특유하게 정해지지 않는다. 또한, 상부 도전층(14)과 하부 도전층(12)을 전기적으로 접속하기 위해서는 상부 도전층(14)의 일부를 하부 도전층(12)의 일부에 중첩시켜도 된다. 이 경우, 상부 도전층(14)과 하부 도전층(12)을 전기적으로 접속하기 위한 컨택트홀을 별도로 설치할 필요가 없게 된다. 특히, 유전체층(13)의 평탄한 표면(상면)상에 형성된 상부 도전층(14)을 반사 전극(반사층)으로서 사용하는 반사형 액정 표시 장치에 있어서는 개구율을 향상시킬 수 있다.

유전체층(13)이 개구부(13a)를 갖는 구조에 대한 상기의 설명은 유전체층(13)이 오목부(13b)를 갖는 구조에도 적용된다.

본 실시 형태의 액정 표시 장치로서, 상부 도전층(14)이 화소 영역(picture element)에 1개의 개구부(14a)를 갖는 화소 전극을 구비한 액정 표시 장치를 예시하였으나, 본 실시 형태는 상기의 예에 한정되지 않으며, 화소 영역마다에 복수의 개구부(14a)를 갖는 액정 표시 장치에 적용할 수 있다. 상술한 상부 도전층(14)의 개구부(14a)에 대응하여, 유전체층(13)에 개구부(13a) 또는 오목부(13b)를 형성하는 구성은 제1 실시예로서 설명한 모든 액정 표시 장치에 적용할 수 있다.

제5 실시예

제5 실시예의 액정 표시 장치(700)의 1개의 화소 영역을 모식적으로 도 37a 및 도 37b에 도시한다. 도 37a는 액정 표시 장치(700)의 단면도이고, 도37b는 액정 표시 장치(700)의 평면도이다. 도 37a는 도 37b의 37A-37A'선을 따라 절단한 단면도에 상당한다. 액정 표시 장치(700)는 하부 도전층(500)과 실질적으로 동일한 구조를 갖고 있으므로 공통하는 구조의 설명을 여기서는 생략한다.

액정 표시 장치(700)의 화소 전극(15)의 하부 도전층은 유전체층(13)의 개구부(13a)내에 노출된 영역내에 개구부(12a)를 갖고 있다. 도 37b에 도시한 바와 같이, 유전체층(13)의 원형의 개구부(13a)는 화소 영역의 중앙, 즉 상부 도전층(14)의 중앙부에 설치된 원형의 개구부(14a)에 대응하여 설치되어 있다. 유전체층(13)의 개구부(13a)내에 노출된 하부 도전층(12)에 형성되어 있는 개구부(12a)는 개구부(14a) 및 개구부(13a)의 중앙에 있다.

이 액정 표시 장치(700)의 액정층(30)에 전압을 인가하면, 도 37a에 도시한 등전위선EQ로 표시되는 전계가 발생한다. 상부 도전층(14)의 개구부(14a)의 엣지부EG에서 오목한 등전위선EQ는 상부 도전층(12)의 개구부(12a)내에서는 더욱 오목하다.

하부 도전층(12)의 개구부(12a)의 엣지부에도 경사 전극이 형성됨으로 전압이 인가된 액정층(30)중의 액정 분자(30a)의 배향 변위는 개구부(14a)의 엣지부와 개구부(12a)의 엣지부에서의 액정 분자(30a)의 경사가 트리거로 되어 발생하고, 개구부(12a)의 중심에서 수직으로 배향된 상태의 액정 분자(30a)를 중심으로, 방사상 경사 배향이 형성된다. 이와 같이, 상부 도전층(14)의 개구부(14a)외에, 개구부(14a)에 대향하는 위치에 있는 하부 도전층(12)의 중앙에 개구부(12a)를 설치함으로써, 개구부(14a)내의 액정 분자(30a)의 방사상 경사 배향의 위치를 정확하고 안정하게 제어할 수 있으므로 방사상 경사 배향이 더욱 안정화함과 함께, 응답 속도를 향상할 수 있다.

개구부(12a)에 대응하는 액정층(30)에는 전압이 인가되지 않으므로, 개구부(12a)는 크지 않는 것이 바람직하다. 전형적으로는 개구부(12a)의 직경이 8㎛ 이하인 것이 바람직하다. 개구부(12a)는 방사상 경사 배향의 중심에만 형성하면 됨으로, 개구부(14a)마다의 중심에 1개 형성하면 된다. 개구부(12a)의 형상은 원형에 한정되지 않으며 타원 또는 다각형이 사용될 수 있는 것은 개구부(14a)에 대하여 상술한 것과 동일하다.

유전체층(13)에 개구부(13a)를 형성한 구성에 대하여, 개구부(12a)의 작용을 설명하였으나, 유전체층(13)에 오목부(13b)를 형성한 경우(도 35)나 평탄한 유전체층(13)을 사용하는 경우(예를 들면 도 1)에 이용할 수 있다. 즉, 액정 표시 장치(700)를 예로 설명한, 화소 전극(15)의 하부 도전층(12)이 상부 도전층(14)의 개구부(14a)에 대응하는 영역에 개구부(12a)를 갖는 구조는 상술한 실시예1 및 2의 액정 표시 장치와 적절히 조합시킬 수 있다. 단, 개구부(12a)가 작기 때문에(적형적으로는 8㎛ 이하), 개구부(12a)상의 유전체층(13)이 두꺼운 경우에는 충분한 효과를 얻을 수 없는 경우가 있다.

투과 반사 겸용 액정 표시 장치에의 적용

투과 반사 겸용 액정 표시 장치(이하 겸용 액정 표시 장치로 약칭한다)는 화소 영역에 투과 모드에서 표시를 행하는 투과 영역과, 반사 모드에서 표시를 행하는 반사 영역을 갖는 액정 표시 장치를 가르킨다. 투과 영역 및 반사 영역은 전형적으로는 투명 전극 및 반사 전극에 의해서 규정된다. 반사 전극 대신에 반사층과 투명 전극을 조합한 구조에 의해서, 반사 영역을 규정할 수도 있다.

이 겸용 액정 표시 장치는 반사 모드와 투과 모드를 전환하여 표시하는 것과, 또는 동시에 양방의 표시 모드로 표시할 수도 있다. 따라서, 예를 들면, 주위광이 밝은 환경하에서는 반사 모드의 표시를, 어두운 환경에서는 투과 모드의 표시를 실현할 수 있다. 또한, 양방의 모드의 표시를 동시에 행하면, 투과 모드의 액정 표시 장치를 주위광이 밝은 환경하(현광등의 광이나 태양광이 직접 특정의 각도에서 표시면에 입사하는 상태)에서 사용했을 때에 보이는 콘트라스트의 비의 저하를 억제할 수 있다. 이와 같이, 투과형 액정 표시 장치의 결점을 보완할 수 있다. 또한, 투과 영역과 반사 영역과의 면적의 비율은 액정 표시 장치의 용도에 따라서 적절히 설정할 수 있다. 또한, 오로지 투과형으로서 사용되는 액정 표시 장치에서는 반사 모드에서의 표시가 가능하지 않은 정도까지 반사 영역의 면적 비율을 작게해도 상술한 투과형 액정 표시 장치의 결점을 보완할 수 있다.

도 38a, 38b, 및 38c를 참조하면서 겸용 액정 표시 장치의 구조와 동작을 설명한다. 도 38a에 도시한 겸용 액정 표시 장치(150)는 실시예1의 액정 표시 장치(100)와, 도 38b에 도시한 겸용 액정 표시 장치(550)는 실시예4의 액정 표시 장치(500)과, 도 38c에 도시한 겸용 액정 표시 장치(650)는 실시예4의 액정 표시 장치(600)과 각각 기본적으로 동일한 구조를 갖고 있다. 겸용 액정 표시 장치는 도시한 이들 실시예에 한정되지 않고, 실시예1, 2 및 3에서 설명한 액정 표시 장치에 있어서, 상부 전극층 및 하부 전극층의 어느 것의 한쪽을 투명 도전층으로 하고, 다른 쪽을 반사 도전층으로 하는 것에 의해서 얻어진다.

도 38a에 도시한 겸용 액정 표시 장치(150)는 화소 전극(15)의 상부 도전층(14T)은 투명 도전층으로 형성되어 있고, 하부 도전층(12R)은 광반사 특성을 갖는 도전층, 전형적으로는 금속층으로 형성되어 있다. 화소 전극(15)으로 규정되는 화소 영역은 반사 하부 도전층(12R)에 의해서 규정되는 반사 영역R, 투명 상부 도전층(14T)로 규정되는 투과 영역T를 갖고 있다. 또한, 투명 상부 도전층(14T)와 반사 하부 도전층(12R)과의 중첩이나, 기판 법선(표시면 법선)에 대하여 경사 입사하는 광의 표시에의 기여를 고려하면, 반사 영역R과 투과 영역T는 그의 경계부근에서 서로 중첩되어 있으나, 간단화를 위해서 기판 법선 방향으로부터 입사하는 광에 의한 표시 모드에 의해서 양 영역을 구별하여 표시하는 것으로 한다.

겸용 액정 표시 장치(150)의 기본적인 구조는 액정 표시 장치(100)와 동일하므로, 실질적으로 동일하게 액정층을 구동한다. 즉, 액정층(30)은 전압 인가시에 2층 구조의 화소 전극(15)의 작용에 의해서 안정된 방사상 경사 배향을 취하며, 시야각 특성이 우수한 액정 표시 장치가 실현된다.

이하에서, 겸용 액정 표시 장치(150)의 표시 동작을 설명한다.

겸용 액정 표시 장치(150)가 화이트 디스플레이 상태일 때, TFT 기판(100a)의 외측(도면의 하부측)에 설치된 백 라이트(도시되지 않음)로부터 투과 영역 T에 입사하는 광은, 기판(11), 유전체층(13), 투명 상부 도전층(14T)을 순차 통과하여, 액정층(30)을 지나서, 대향 기판(100b) 측으로 출사된다. 대향 기판(10Ob) 측에서 입사하는 광(전형적으로 주위광)은, 기판(21)및 대향 전극(22)을 순차 통과하여, 액정층(30)및 유전체층(13)을 지나서, 반사 하부 도전층(12R)에 입사되고 반사된다. 반사광은 역경로를 따라 대향 기판(10Ob) 측으로 출사된다.

그리하여, 투과 모드로 표시를 행하는 광은 액정층(30)을 1회 밖에 통과하지않는 반면에, 반사 모드의 표시를 행하는 광은 액정층(30)을 2회 통과한다. 따라서, 전체 화소 영역(투과 영역 T 및 반사 영역 R)에 걸쳐 균일한 두께(d5)의 액정층(30)에, 동일 전압을 인가하면, 투과광이 액정층(30)에 의해서 받는 리타데이션의 변화량과, 반사광이 액정층(30)으로부터 받는 리타데이션의 변화량이 일치하지않게 되어, 액정층(30)에 전압 인가시에, 투과광과 반사광으로 동시에 동일 1 레벨을 표시할 수가 있지 않고, 표시 품위가 저하한다고 하는 문제가 발생한다.

그러나, 이하에서 설명되는 바와 같이, 본 발명에 의한 겸용 액정 표시 장치(150)는 상술한 문제를 해결할 수 있다.

상기 겸용 액정 표시 장치(150)는 2층 구조의 화소 전극(15)을 구비하기 때문에, 실시예1의 액정 표시 장치에 관해서 설명한 바와 같이, 반사 영역 R 내의 액정층(30)에 인가된 전압(하부 도전층(12R)과 대향 전극(22)과의 사이의 전압)은, 유전체층(13)에 의한 전압 강하의 영향에 의해, 투과 영역 T 내에 액정층(30)에 인가되는 전압(상부 도전층(14T)과 대향 전극(22)과의 사이의 전압)보다도 낮게 된다. 그 결과, 반사 영역 R 내의 액정층(30)에 의한 리타데이션 변화량은, 투과 영역 T 내의 액정층(30)의 리타데이션 변화량보다도 적다. 따라서, 액정층(30)의 복 굴절율 및 두께, 유전체층(13)의 유전률 및 두께를 조정함으로써, 투과 영역 T 내의 액정층(30)에 의한 리타데이션 변화와 반사 영역 R 내의 액정층(30)에 의한 리타데이션 변화에 근접 할 수 있다. 즉, 반사광의 리타데이션에 대한 광로 길이의 영향을, 인가 전압을 조정함으로써 보상할 수가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 겸용 액정 표시 장치(150)를 이용하면, 투과 모드의 전압-투과율 특성과 반사 모드의 전압- 반사율 특성을 상호 가까이 하는 것이 가능하다. 그리하여, 전방위에서 시야각 특성에 우수하여, 또한 모든 환경에서 시인성이 높은 투과-반사형 액정 표시 장치가 얻어진다.

다음에, 도 38b를 참조하면서, 다른 겸용 액정 표시 장치(550)의 구조와 동작을 설명한다. 겸용 액정 표시 장치(550)의 화소 전극(15)은 광 반사 특성을 갖는 도전층으로부터 형성되는 상부 도전층(14R)과, 투명 도전층으로 형성되어 있는 하부 도전층(12T)을 포함한다. 화소 전극(15)으로 규정되는 화소 영역은, 반사 상부 도전층(11R)에 의해서 규정되는 반사 영역 R와, 투명 하부 도전층(12T)에서 규정되는 투과 영역 T를 갖고 있다. 겸용 액정 표시 장치(550)의 그 밖의 기본적인 구성은, 도 34a 내지 도 34c에 도시한 액정 표시 장치(500)와 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 여기서는 생략한다.

겸용 액정 표시 장치(550)의 반사 상부 도전층(14R)의 개구부(14a) 이외의 영역내 즉, 반사 영역 R 내의 액정층(30)의 두께를 d1, 반사 상부 도전층(14R)의 개구부(14a) 내 및 유전체층(13)의 개구부(13a) 내(즉, 투과 영역 T내)) 액정층(30)의 두께를 d2로 한다. 반사 모드의 표시에 기여하는 광(반사광)은, 반사 영역 R 내의 두께 d 1의 액정층(30)을 2회 통과하여, 투과 모드의 표시에 기여하는 광(투과광)은, 투과 영역 T 내의 두께 d2의 액정층(30)을 1회 통과한다. 따라서, 유전체층(13)의 두께를 d1과 같이 함으로써, d1= d2/2로 된다. 그리하여, 반사광이 액정층(30)을 통과하는 총 거리가 액정층(30)을 통과하는 투과광의 거리와 일치할 수 있다. 액정 표시 장치(550)의 화소 전극(15)은, 투명 하부 도전층(12T)이 유전체층(13)의 개구부(13a) 내에 노출되어 있는 구성(투명 하부 도전층(12T) 상에 유전체층(13)이 존재하지 않는 구성)을 갖고 있기 때문에, 투과 영역 T 내의 액정층(30)에 인가되는 전압은, 반사 영역 R 내의 액정층(30)에 인가되는 전압과 같다.

따라서, 반사 영역 R 내의 액정층(30)의 두께 d1와 투과 영역 T 내의 액정층(30)의 두께 d2가 2·d1= d2의 관계를 만족하도록 설정하면, 하부 도전층(12 R)과 상부 도전층(14T)에 동일 전압을 인가한 경우에 투과광이 액정층(30)에 의해 기인한 리타데이션의 변화량과, 반사광이 액정층(30)에 의해 기인한 리타데이션의 변화량이 일치한다. 그러나, 반사 영역 R 내의 액정층(30)의 두께가 투과 영역 T로부터의 액정층(30)의 두께와 상호 다르면, 인가하는 전압이 같더라도 전계 강도는 다르게 된다. 따라서, 전계 강도의 차라는 관점에서 d1과 d2 간의 관계식은 2·d1= d2로부터 변이된 것이 바람직하다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치(550)를 이용하면, 투과 모드의전압-투과율 특성과 반사 모드의 전압- 반사율 특성을 상호 가까이 하는 것이 가능하다. 그리하여, 전방위에서 시야각 특성에 우수하여, 또한 모든 환경에서 시인성이 높은 투과-반사형 액정 표시 장치가 얻어진다.

다음에, 도 38c를 참조하면서, 다른 겸용 액정 표시 장치(650)의 구조와 동작을 설명한다. 겸용 액정 표시 장치(650)의 화소 전극(15)의 상부 도전층(14R)는 반사 특성을 갖는 도전층으로부터 형성되어 있고, 하부 도전층(12T)은 투명 도전층으로 형성되어 있다. 화소 전극(15)으로 규정되는 화소 영역은, 반사 상부 도전층(14R)에 의해서 규정되는 반사 영역 R과, 투명 하부 도전층(12T) 에 의해 규정되는 투과 영역 T를 포함한다. 겸용 액정 표시 장치(650)의 그 밖의 기본적인 구성은, 도 35에 도시한 액정 표시 장치(600)와 마찬가지이기 때문에, 그 설명은 여기서는 생략한다.

액정 표시 장치(650)의 반사 상부 도전층(14R)의 개구부(14a) 이외의 영역내(즉, 반사 영역 R 내)의 액정층(30)의 두께를 d1, 반사 상부 도전층(14R)의 개구부(14a) 내 및 유전체층(13)의 오목부(13b) 내(즉, 투과 영역 T 내)의 액정층(30)의 두께를 d3로 한다. 투과 영역 T 내의 액정층(30)의 두께 d3는, 반사 영역 R 내의 액정층(30)의 두께 d1보다도, 유전체층(13)의 오목부(13b)의 깊이만큼 더 두껍다. 반사 모드의 표시에 기여하는 광(반사광)은, 반사 영역 R 내의 두께 d1을 갖는 액정층(30)을 2회 통과한다. 투과 모드의 표시에 기여하는 광(투과광)은, 두께 d3를 갖는 투과 영역 T 내의 액정층(30)을 1회 통과한다. 즉, 투과광이 액정층(30) 내를 통과하는 거리는 d3이고, 반사광이 액정층(30)내를 통과하는 거리는 2·d1이다.

투과 영역 T 내의 액정층(30)에 인가되는 전압은, 오목부(13b) 내의 유전체층(13)에 의해 전압 강하(용량 분할)되기 때문에, 반사 영역 R의 액정층(30)에 인가되는 전압보다도 낮게 된다. 따라서, 오목부(13b)의 유전체층(13)의 두께를 조정함으로써, 액정층(30)내를 통과하는 거리의 차이에 기인하는 리타데이션량의 차이와, 액정층(30)에 인가되는 전압의 장소에 의한 차이(투과 영역, 안의 액정층(30)에 인가되는 전압의 감소량)과의 관계를 제어하여, 투과 영역 T에서의 인가 전압과 리타데이션과의 관계가 반사 영역 R에서의 인가 전압과 리타데이션과의 관계와 일치된다. 보다 엄밀하게는, 액정층의 복굴절율, 액정층의 두께, 유전체층의 유전률 및 유전체층의 두께 및 유전체층의 오목부의 두께(오목부의 깊이)를 조정함으로써, 인가 전압과 리타데이션과의 관계를 투과 영역과 반사 영역과 걸쳐 균일하게 제어할 수 있게 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 겸용 액정 표시 장치(650)를 이용하면, 투과 모드의 전압-투과율 특성과 반사 모드의 전압-반사율 특성을 상호 근접시키는 것이 가능해진다. 그리하여, 전방위에서 시야각 특성이 우수하고, 또한 모든 환경에서 시인성이 높은 투과-반사형 액정 표시 장치가 얻어진다.

겸용 액정 표시 장치(150, 550 및 650)를 도 38a, 38b 및 38c에서 각각 반사 도전층(상부 또는 하부 도전층)의 표면을 평탄하게 도시하였다. 대안적으로는, 반사 도전층의 표면을 요철형으로 가공함으로써, 광을 확산 반사(또는 산란)시키는 기능을 부여할 수 있다. 반사 도전층에 광 산란 기능을 부여함으로써, 시차가 없고, 표시 품위가 높은 반사 모드의 표시를 실현할 수 있다.

반사 도전층의 표면에 요철을 형성하는 방법으로서는, 예를 들면, 특개평6-7528호 공보에 개시되어 있는 방법을 들수있다.

예를 들면, 포토레지스트(네가티브형 또는 포지티브형의 어느 것이라도 좋다)를 이용하여 유전체층(13)을 형성하여, 소정의 패턴의 투과부(또는 차광부)를 갖는 포토 마스크를 이용한 포토리소그래피 프로세스로, 레지스트층의 표면에 요철을 가공하게 된다. 필요에 따라서, 요철이 형성된 레지스트층을 가열하여, 레지스트층의 표면 현상에 의해서 변형하는 현상(열 변형)을 이용하여, 요철을 매끄러운 모양(연속한 파상)으로 할 수 있다. 이와 같이 하여 형성된 유전체층(13)의 요철을 갖는 표면상에 반사 상부 도전층을 형성함으로써, 반사 상부 도전층의 표면에 요철을 형성할 수 있게 된다.

그러나, 도 38b 및 38c에 도시한 겸용 액정 표시 장치(550및 650)에서와 같은 반사 상부 도전층(14R)를 이용하는 구성에 있어서는, 도 40a 및 40b에서 도시한 바와 같이, 개구부(14a)의 엣지부에서의 유전체층(13)의 높이가 균일하게 하는 것이 바람직하다.

본 발명의 액정 표시 장치에 있어서는, 개구부(14a)를 갖는 반사 상부 도전층(14R)을 구비하는 2층 구조의 화소 전극(15)에 의해서, 개구부(14a)의 엣지부에 생성되는 경사 전계를 이용하여 액정 분자를 방사상 경사 배향시킨다.

그러나, 도 39a에 도시한 바와 같이, 유전체층(13)의 표면에 형성한 요철부(도면에서 각 원은 오목부 또는 볼록부를 모식적으로 보이고 있음)가, 유전체층(13)의 개구부(13a) 또는 오목부(13b)를 중첩하도록 배치되면, 도 39b에 도시한 바와 같이, 개구부(14a)의 엣지부에서의 유전체층(13)의 두께가 위치에 따라 다르다. 엣지부의 유전체층(13)의 표면에 요철이 존재하면, 엣지부에서 생성된 경사 전계의 방향(등전위선의 경사 방향)이 위치에 따라 변화됨으로써, 개구부(14a)를 중심으로하는 방사상 경사 배향의 안정성이 감소되거나, 개구부(14a)의 위치에 의해서 방사상 경사 배향의 상태가 변동되기도 한다.

이러한 관점에서, 도 40a에 도시한 바와 같이, 개구부(14a)(유전체층(13)의 개구부(13a) 또는 오목부(13b))의 주변의 유전체층(13)의 표면에는 요철을 형성하지 않고, 평탄 표면으로 하면, 도 40b에 도시한 바와 같이, 개구부(14a)의 전체 둘레에 걸쳐 엣지부 부근의 유전체층(13)이 균일한 두께를 갖는 구조가 얻어진다.

반사 도전층의 표면을 요철형으로 가공함으로써 반사 도전층에 광 산란 기능을 부여하는 대신, 빛 확산 기능을 갖는 확산층을 반사 도전층의 광 입사측에 제공할 수 도 있다. 확산층은 액정 패널의 내측(액정층측에 더 근접한 기판의 한측)에 설치하더라도 좋고, 외측(관찰자측)에 설치하더라도 좋다. 확산층은 액정 표시 장치의 반사 영역에 선택적으로 제공되는 것이 바람직하다.

편광판 및 위상차판의 배치

마이너스의 유전률 이방성을 갖는 액정 분자가 전압 무인가 시에 수직 배향하는 액정층을 포함하는 소위 "수직 배향형 액정 표시 장치"는, 다양한 표시 모드로 표시를 행할 수 있다. 여러 모드 중에서, 액정층의 복굴절율을 전계에 의해 제어함으로써 표시하는 복굴절 모드가, 표시 품위의 관점에서 바람직하다. 복굴절 모드의 수직 배향형 액정 표시 장치의 표시 품위를 향상하기 위한, 편광판이나 위상차판(파장판)의 배치 관계가 이하로 설명될 것이다. 제1 내지 제5 실시예에서 설명된 임의의 액정 표시 장치의 한 쌍의 기판(예를 들면, TFT 기판과 대향 기판)의 외측(액정층(30)과 반대측)에 한 쌍의 편광판을 설치하여, 복굴절 모드의 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.

우선, 편광판의 배치를 도 41a, 도 41b, 도 42a 및 42b를 참조하면서 설명한다. 도 41a 및 41b는 전압 무인가 상태(OFF 상태)를, 도 42a 및 42b는 전압 인가 상태(ON 상태)를 나타내고 있다.

도 41a는, TFT 기판(100a) 및 대향 기판(100b)의 각각의 외측에 편광판(50a 및 50b)를 각각 포함하는 액정 표시 장치(100A)의 개략적인 단면도이다. 액정 표시 장치(100A)는, 제1 내지 제5 실시예 중 임의의 액정 액정 표시 장치일 수 있다. 도 41a에 도시한 바와 같이, 액정층(30) 내의 액정 분자(3Oa)는 전압 무인가시에는 수직 배향 상태에 있다.

도 41b는, 액정 표시 장치(100A)를 대향 기판(100b)측(관찰자측)으로부터 표시면 법선 방향(기판 법선 방향)에 따라서 보았을 때의, 편광판(50a 및 50b) 각각의 투과축(편광축) PA의 배치 관계를 개략적으로 나타내고 있다. 도면 중의 실선 화살표는 (상측)편광판(50b)의 투과축 PA1을, 파선 화살표는 (하측)편광판(50a)의 투과축 PA2를 나타내고 있다. 도 41b에 도시한 바와 같이, 편광판(50a 및 50b)의 투과축 PA2및 PA1은 상호 직교하도록 배치되어 있다. 즉, 편광판(50a 및 50b)은 크로스니콜 상태(crossed-Nicols state)로 배치되어 있다.

전압 무인가 시의 액정층(30)의 액정 분자(30a)의 축방위는 표시면에 대하여 수직이기 때문에, 액정층(30)에 수직으로 입사하는 편광에 대하여는 위상차를 제공하지 않는다. 또,"액정층(30)에 수직"이란, 기판(100a 및 100b)에 평행한 액정층(30)의 면에 대하여 수직인 것을 의미한다.

수직 배향 상태의 액정층(30)은, 액정층(30)에 수직 입사하는 편광에 위상차를 제공하지 않는다. 따라서, 예를 들면, TFT 기판(100a)측에서 액정층(30)에 수직으로 입사하는 광은, 편광판(50a)를 통과함으로써 투과축 PA2에 따른 편광 방향을 갖는 직선 편광이 되고, 액정층(30)에 수직으로 입사한다. 따라서, 그 편광 방향을 유지한 채로 액정층(30)을 통과하는 광이 편광판(50b)에 입사한다. 편광판(50a) 및 편광판(50b)의 투과축 PA2및 PA1은 상호 직교하기 때문에, 대향 기판(100b)을 통과한 직선 편광은 편광판(50b)에 의해 흡수된다. 그 결과, 전압 무인가 상태의 액정 표시 장치(100A)는 블랙 디스플레이로 된다.

전압 인가 상태에서는, 도 42a 및 42b에 도시한 바와 같이, 액정 분자(30a)는 방사상 경사 배향하고 있다. 도 42a 및 42b에서는, 단순화를 위해 단지 한개의 방사상 경사 배향 영역을 도시하고 있지만, 제1 내지 제5 실시예에서 전술한 바와 같이, 각 화소 영역 내에 복수의 방사상 경사 배향 영역이 형성될 수 있다. 이는, 이하의 다른 도면에도 또한 적용된다.

방사상 경사 배향한 액정 분자(30a)를 포함하는 액정층(30)은 다음과 같이 표시를 행한다. 예를 들면, TFT 기판(100a) 측에서 액정층(30)에 수직으로 입사하는 광은, 편광판(50a)을 통과함으로써 투과축 PA2에 따른 편광 방향을 갖는 직선 편광이 되고, 액정층(30)에 수직으로 입사한다. 기판 법선 방향에서 본 축 배향이 이 직선 편광의 편광 방향에 대하여 평행 또는 직교하도록 배향하고 있는 액정 분자(30a), 및 수직 배향 상태에 있는 액정 분자(30a)(방사상 경사 배향의 중심에 위치하는 액정 분자)는, 액정층(30)에 수직으로 입사한 직선 편광에 위상차를 제공하지 않는다. 따라서, 액정 분자(30a)가 이러한 배향 방향을 갖는 영역에 입사한 직선 편광은, 편광 상태를 유지한 채로 액정층(30)을 통과하고, 대향 기판(100b)을 통하여 편광판(50b)에 입사한다. 편광판(50a 및 50b)의 투과축 PA2및 PA1은 상호 직교하고 있기 때문에, 이 직선 편광은 편광판(50b)에 의해 흡수된다. 그 결과, 방사상 경사 배향 상태의 액정층(30)의 일부 영역은, 전압 인가 상태에서도, 블랙 디스플레이 상태가 된다.

한편, 다른 액정 분자(30a)(기판 법선 방향에서 본 축 배향이 이 직선 편광의 편광 방향에 대하여 평행 또는 직교하도록 배향하고 있는 액정 분자, 및 수직 배향 상태에 있는 액정 분자 이외의 액정 분자들)를 포함하는 영역에 입사하는 직선 편광(편광판(50a)의 투과축 PA2에 평행한 편광 방향을 가짐)의 다른 부분은, 액정층(30)에 의해서 위상차가 주어진다. 따라서, 직선 편광은 붕괴하고, 직선 편광된 광은 타원 편광된 광이 된다. 또한, 이 위상차는, 입사 직선 편광의 편광 방향과, 기판 법선 방향에서 보았을 때의 액정 분자(30a)의 축 배향이 45도를 이루는 영역에서 최대가 되고, 입사 직선 편광의 편광 방향에 대하여, 기판 법선 방향에서 보았을 때의 액정 분자(30a)의 축 배향이 평행 또는 직교에 근접함에 따라 감소한다. 따라서, 액정 분자(30a)의 분자축이 기판 법선 방향에 평행하지 않은 영역 및 기판 법선 방향에서 보았을 때의 액정 분자(30a)의 축 배향이 입사 직선 편광의 편광 방향에 대하여 평행 또는 직교하지 않는 영역에서, 액정층(30)에 입사하는 직선 편광에 위상차가 주어져, 직선 편광이 손상된다(일반적으로는 이 광은 타원 편광이 됨). 따라서, 액정층(30)을 통과함으로써 편광 상태가 변환된 편광이, 편광판(50b)에 입사하면, 이 광의 일부는 편광판(50b)을 투과한다. 이 투과하는 편광량은, 액정층(30)에 의해서 주어지는 위상차의 크기에 의존하기 때문에, 액정층(30)에 인가되는 전압을 제어함으로써 조절될 수 있다. 따라서, 액정층(30)에 인가하는 전압을 제어함으로써, 계조 표시가 가능하다.

λ/4판

액정층의 양측에 배치된 적어도 한 쌍의 편광판과 액정층과의 사이에, 4분의 일 파장판(λ/4판)을 설치함에 따라, 표시 품위가 더 향상될 수가 있다. 즉, 방사상 경사 배향을 나타내는 액정층(30)에 원편광이 입사되도록 하는 배치에 의해, 광의 이용 효율을 높일 수 있다. 예를 들면, 특개평10-301114호 공보에 개시되고 있는 4 분할 멀티 도메인 배향의 수직 배향형 액정층에 직선 편광이 입사되는 액정 표시 장치에서, 멀티 도메인 배향의 인접 도메인 사이의 경계 영역은 표시에 기여할 수 없다. 이와 대조적으로, 연속적으로 배향 방향이 변화하는 방사상 경사 배향을 나타내는 액정층에 원편광을 입사시키는 구성을 채용하면, 보다 밝은(광의 이용 효율이 보다 높음) 액정 표시 장치를 실현할 수가 있다.

도 43a, 43b, 44a 및 44b를 참조하면서, λ/4판의 기능이 설명될 것이다. 도 43a 및 43b는 전압 무인가 상태를, 도 44a 및 도 44b는 전압 인가 상태를 각각 모식적으로 나타내고 있다. 또, 본원 명세서에 있어서, 다른 언급이 없으면, "λ/4판"은 단층의 λ/4판을 뜻하며, 복수의 위상차판을 적층하여 전체로서 λ/4 조건을 만족하는 위상차판을 특별히 "광대역 λ/4판"이라 한다. 다음 설명에서, 단층의 λ/4판을 이용한 구성에 관해서 설명한다.

도 43a, 43b, 44a 및 44b에 도시한 액정 표시 장치(100B)는, 액정 표시 장치(100)을 사용하며, 액정 표시 장치(100)의 양측에, 편광판(50a 및 50b)와, λ/4판(60a 및 60b)를 더 포함한다. 각각의 λ/4판(60a 및 60b)는, 그 지상축(slow axis)에 대하여 45°의 편광 방향을 갖는 직선 편광을 원편광으로 변환하는, 또는 반대로 원편광을 그 지상축에 대하여 45°의 편광 방향을 갖는 직선편광으로 변환하는 위상차판이다. 또, 액정 표시 장치(100)에 한정되지 않고, 제1 내지 제5 실시예에서 설명된 임의의 액정 표시 장치를 이용할 수 있다.

액정 표시 장치(100B)는, TFT 기판(100a)과 TFT 기판(100a)의 외측(액정층(30)과 반대측)에 설치된 편광판(50a) 사이에 λ/4판(60a)을, 대향 기판(100b)과 이 대향 기판(100b)의 외측에 설치된 편광판(50b) 사이에 λ/4판(60b)를 구비하고 있다. 편광판(50a 및 50b) 각각의 투과축 PA2 및 PA1와, λ/4판(60a 및 60b)의 각각의 지상축 SL2 및 SL1은, 도 43b에 도시한 바와 같이 배치되어 있다.

λ/4판(60a)의 지상축 SL2은 편광판(50a)의 투과축 PA2와 45°의 각도를 이루고, λ/4판(60b)의 지상축 SL1은 편광판(50b)의 투과축 PA1과 45°의 각도를 이루도록 배치되어 있다. 각각의 투과축 PA1 및 PA2와 지상축 SL1 및 SL2이 이루는 각은, 동일 방향으로 45도를 이루도록(예를 들면, 대향 기판(100b) 측에서 기판 법선 방향에 따라 보았을 때, 지상축 SL1 및 SL2는, 도시한 바와 같이, 모두 시계 방향으로, 또는 모두 반시계 방향으로 각 투과축 PA1 및 PA2 각각으로부터 45도를 이루고 있음) 배치되어 있다.

도 43a에 도시한 바와 같이, 전압 무인가시에는, 액정층(30)은 수직 배향 상태에 있으므로, 액정층(30)에 수직으로 입사하는 광에 위상차를 제공하지 않는다. 따라서, 예를 들면, TFT 기판(100a) 측에서 액정층(30)에 수직으로 입사하는 광은, 편광판(50a)을 통과하고, 편광 방향이 λ/4판(60a)의 지상축 SL2에 대하여 45°의 직선 편광이 되고, λ/4판(60a)에 입사된다. 이 직선 편광은 λ/4판(60a)을 통과함으로써 원편광으로 변환된다. 원편광은 편광 상태를 유지한 채로 액정층(30)을 통과하고, λ/4판(60b)에 입사한다. 원편광은, λ/4판(60b)을 통과함으로써, 편광 방향이 지상축 SL1에 대하여 45도의 직선 편광이 되고, 편광판(50b)에 입사한다. λ/4판(60b)을 통과한 직선 편광의 편광 방향은, 편광판(50b)의 투과축 PA1과 직교한다. 따라서, 이 직선 편광은 편광판(50b)에 의해 흡수된다. 따라서, 액정 표시 장치(100B)는, 전압 무인가 상태에서 블랙 디스플레이 상태로 된다.

전압 인가 상태에서는, 도 44a 및 44b에 도시한 바와 같이, 액정 분자(30a)는 방사상 경사 배향된다.

방사상 경사 배향한 액정 분자(30a)를 포함하는 액정층(30)은, 액정층(30)에 입사하는 광에 그 편광 방향에 따른 위상차를 제공한다. 예를 들면, TFT 기판(100a) 측에서 액정층(30)에 수직으로 입사하는 광은, 편광판(50a)을 통과함으로써, 편광 방향이 λ/4판(60a)의 지상축 SL1에 대하여 45°의 직선 편광이 되고, λ/4판(60a)에 입사한다. 이 직선 편광은 λ/4판(60a)을 통과함으로써 원편광으로 변환된다. 수직 배향 상태에 있는 액정 분자(방사상 경사 배향의 중심에 위치하는 액정 분자)(30a)는, 액정층(30)에 수직으로 입사한 편광에 위상차를 제공하지 않는다. 따라서, 액정 분자(30a)가 수직 배향하고 있는 영역에 입사한 원편광은, 편광 상태를 유지한 채로 액정층(30)을 통과하고, λ/4판(60b)에 입사한다. 원편광은, λ/4판(60b)를 통과함으로써, 편광 방향이 지상축 SL1에 대하여 45도의 직선 편광이 되고, 편광판(50b)에 입사된다. λ/4판(60b)을 통과한 직선 편광의 편광 방향은, 편광판(50b)의 투과축 PA1과 직교한다. 따라서, 이 직선 편광은 편광판(50b)에 의해 흡수된다. 즉, 방사상 경사 배향 상태의 액정층(30)의 일부 영역(수직 배향 영역만)은, 전압 인가 상태에서도, 블랙 디스플레이 상태가 된다.

한편, 수직한 배열의 분자들 이외의 액정 분자들(30a)을 포함하는 영역 상에 입사되는 (λ/4판(60b)에 의한 직선 편광으로부터 변환된) 원편광의 일부는 액정층(30)에 의해 위상차를 갖는다. 따라서, 원편광의 편광 상태가 변화한다(통상적으로, 그러한 광은 타원형으로 편광된다). 따라서, λ/4판(60b)를 관통하는 편광의 일부는 편광판(50b)을 관통한다. 전송될 편광량은 액정층(30)에 의해 주어지는 위상차의 크기에 따라 좌우되기 때문에, 액정층(30)에 인가될 전압을 제어함으로써 조절될 수 있다. 따라서, 액정층(30)에 인가될 전압을 제어함으로써 계조 표시가 가능하게 된다.

전술된 바와 같이, λ/4판(60a, 60b)를 더 포함하는 액정 표시 장치(100B)에서, 인가 전압의 존재시 블랙 디스플레이를 행하는 영역만이 수직한 배열 영역(방사상 경사 배향의 중심)이기 때문에, 수직 배향 영역 및 편광판의 투과축에 평행 또는 직교하는 방향으로 액정 분자들이 배향된 영역이 인가 전압의 존재시 블랙 디스플레이 상태가 되는 액정 표시 장치(100A)와 비교하여, 전압 인가 상태로 블랙 디스플레이 상태가 되는 영역이 적어진다. 따라서, 액정 표시 장치(100B)는 액정 표시 장치(100A)의 광 효율보다 더 높은 광 효율(실효 개구율)을 갖는다.

일반적으로, 단층 λ/4판(60a, 60b)의 파장 분산을 완벽하게 제거한다는 것은 쉽지 않다. 예를 들면, 550 nm의 파장을 갖는 광(시감도가 가장 높은 광)에 대한 λ/4 조건을 충족하도록 설계된 λ/4판이 λ/4판(60a, 60b)용으로 사용될 때, 광의 파장이 550nm로부터 시프트하는 λ/4 조건으로부터 시프트된다. 그 결과, 액정 표시 장치(100B)는 블랙 디스플레이 상태를 생성하고, 가시광의 파장은 편광판(50b)를 관통하여 550nm 시프트함으로써, 컬러링 현상이 유발된다.

블랙 디스플레이의 컬러링 현상을 억제하기 위하여, 편광판(50a, 50b)의 투과축 PA2와 PA1은 도 45a와 도 45b에 도시된 액정 표시 장치(100C)에서와 같이, 서로 수직하게 배열된 λ/4판(60a, 60b)의 지상축 SL2와 SL1과 서로 수직하게 배열될 수 있다. 편광판(50a)의 투과축 PA2과 λ/4판(60a)의 지상축 SL2는 액정 표시 장치(100B)에서와 같은 방향으로 45°의 각을 형성하고 편광판(50b)의 투과축 PA1과 λ/4판(60b)의 지상축 SL1은 45°의 각을 형성한다. λ/4판(60a)의 지상축 SL2과 λ/4판(60b)의 지상축 SL1이 전술된 바와 같이, 서로 수직하게 배열될 때, λ/4판(60a)와 λ/4판(60b)의 굴절율 이방성의 파장 분산은 서로 상쇄된다. 그 결과, 폭넓은 파장 범위에 걸친 가시광이 블랙 디스플레이 상태의 편광판(50b)에 의해 흡수됨으로써, 원하는 블랙 디스플레이 상태를 구현할 수 있다. 특히, λ/4판(60a)와 λ/4판(60b)에서와 같은 동일한 λ/4판(또는 동일한 재료로 이루어진 적어도 λ/4판)를 사용하는 것이 바람직하다. 그러한 구조를 사용함으로써, 전술된 광대역 λ/4판을 갖는 구조에 비해 저비용으로 액정 표시 장치를 구성할 수 있다.

전술된 바와 같이, 단층인 λ/4판(60a, 60b)의 굴절율 이방성의 파장 분산에 기인한 블랙 디스플레이 상태에서의 컬러링 현상의 발생을 억제하기 위한 다른 방법은 단층 λ/4판 대신에 광대역 λ/4판을 사용하는 것이다. 광대역 λ/4판이 함께 적층된 복수의 위상 플레이트로 이루어짐으로써 파장 분산의 영향이 상쇄되어, 전체 가시 범위(400nm 내지 800nm)에 걸친 λ/4 조건을 충족하게 된다. 예를 들면, 광대역 λ/4판는 단층 λ/4판와 단층의 반파장 플레이트가 함께 적층됨으로써 제조될 수 있다(이하, "λ/2 플레이트"로서 참조됨).

도 46a 내지 도 46c에 도시된 액정 표시 장치(100D)는 액정 표시 장치(100)의 양측에 각각 편광판(50a, 50b), λ/4판(60a, 60b), λ/2 플레이트(70a, 70b)를 포함한다. TFT 기판(100a)의 외측(액정층(30)과는 반대측)에는, λ/4판(60a), λ/2 플레이트(70a) 및 편광판(50a)이 액정층(30)측으로부터 이 순서로 제공된다. 대향 기판(100b)의 외측에는, λ/4판(60b), λ/2 플레이트(70b) 및 편광판(50b)이 액정층(30)측으로부터 이 순서로 제공된다.

λ/4판(60b), λ/2 플레이트(70b) 및 편광판(50b)이 대향 기판(100b) 상에 제공되어 각 광축들은 도 46b에 도시된 바와 같이 배열되게 된다. 편광판(50b)의 투과축 PA1과 λ/4판(60b)의 지상축 SL1 사이의 각이 2α±45°가 되도록 배열하며, α(°)는 편광판(50b)의 투과축 PA1과 λ/2 플레이트(70b)의 지상축 SL3 사이의 각을 지칭한다.

한편, λ/4판(60a), λ/2 플레이트(70a) 및 편광판(50a)dmf TFT 기판(100a) 상에 제공하여 각 광학축이 도 46c에 도시된 바와 같이 배열되게 한다. 이러한 배열은 편광판(50a)의 투과축 PA2과 λ/4판(60a)의 지상축 SL2 사이의 각이 2α±45°가 되도록 하며, 여기서 α(°)는 편광판(50a)의 투과축 PA2과 λ/2 플레이트(70a)의 지상축 SL4 사이의 각을 지칭한다. 게다가, 편광 플레이트(50a)의 투과축 PA2과 λ/4판(60a)의 지상축 SL2 사이의 각(2α±45°)은 편광 플레이트(50b)의 투과축 PA1과 λ/4판(60b)의 지상축 SL1 사이의 각(2α±45°)의 부호와 동일한 부호를 갖도록 선택된다. 즉, 투과축 PA1과 지상축 SL1 사이의 각이 2α+45°가 될 때 투과축 PA2과 지상축 SL2 사이의 각이 2α+45°가 되도록 배열된다.

TFT 기판(100a)측으로부터 수직한 배열의 액정층(30) 상에 수직으로 입사하는 광은 편광판(50a)을 관통하는 것과 같이 직선광이 된다. 다음으로, λ/2 플레이트(70a)를 관통하고 편광판(50a)의 투과축 PA2에 대해 2α의 각의 편광 방향을 갖는 직선 편광이 된다. 이 직선광은 λ/4판(60a)에 입사되고 원편광으로 변환된다. 원편광은 편광 상태를 유지하면서 액정층(30)을 관통하고, λ/4판(60b)에 입사된다. 이 광은 λ/4판(60b)에 의해 편광 방향이 λ/4판(60b)의 지상축 SL1에 대해 45°의 각이 되는 직선 편광으로 변환된다. 직선 편광은 λ/2 플레이트(70b)에 입사되고, 편광 방향이 λ/4판(60b)의 지상축 SL1에 대해 2α+45°의 각이 되는 직선 편광이 되고 나서 편광판(50b)에 입사된다. λ/2 플레이트(70b)를 관통하는 직선 편광의 편광 방향은 편광판(50b)의 투과축 PA1에 대해 수직하기 때문에, 직선 편광은 편광판(50b)에 의해 흡수된다. 따라서, 액정 표시 장치(100D)는 인가 전압이 없을 때 블랙 디스플레이 상태를 나타낸다.

액정 표시 장치(100D)에서, λ/2 플레이트(70a)와 λ/2 플레이트(70b)는 λ/4판(60a)와 편광판(50a) 사이와 λ/4판(60b)와 편광판(50b) 사이에 각각 제공되고, λ/2 플레이트(70a)와 λ/2 플레이트(70b)는 각기 λ/4판(60a, 60b)의 굴절율 이방성의 파장 분산을 감소시켜서, 컬러링없이 바람직한 블랙 디스플레이 상태를 구현한다.

블랙 디스플레이 상태에서 컬러링 현상의 발생을 더욱 억제하기 위하여, 편광판(50a, 50b)의 투과축 PA2와 PA1이 서로 수직하고, λ/4판(60a, 60b)의 지상축 SL2와 SL1이 서로 수직하며, λ/2 플레이트(70a, 70b)의 지상축 SL4와 SL3이 서로 수직한, 도 47a 내지 도 47c에 도시된 액정 표시 장치(100E)의 구조를 사용할 수 있다. 게다가, α(°)가 편광판(50b)의 투과축 PA1과 λ/2 플레이트(70b)의 지상축 SL3 사이의 각을 지칭할 때, 편광판(50b)의 투과축 PA1과 λ/4판(60b)의 지상축 SL1 사이의 각은 2α±45°가 되고, 편광판(50a)의 투과축 PA2과 λ/2 플레이트(70a)의 지상축 SL4 사이의 각은 α가 되며, 편광판(50a)의 투과축 PA2과 λ/4판(60a)의 지상축 SL2 사이의 각은 2α±45°가 되도록 배열된다. 편광판(50a)의 투과축 PA2과 λ/4판(60a)의 지상축 SL2 사이의 각(2α±45°)은 편광판(50b)의 투과축 PA1과 λ/4판(60b)의 지상축 SL1 사이의 각(2α±45°)의 부호와 동일한 부호를 갖도록 선택된다.

편광판(50a, 50b)의 투과축, λ/4판(60a, 60b)의 지상축, 및 λ/2 플레이트(70a, 70b)의 지상축이 전술한 바와 같이 서로 수직할 때, λ/4판(60a)의 굴절율 이방성의 파장 분산은 λ/4판(60b)의 것에 의해 상쇄될 수 있다. 그 결과, 넓은 파장 범위에 걸친 가시광이 블랙 디스플레이에서 편광판(50b)에 의해 흡수된다. 따라서, 액정 표시 장치(100E)는 액정 표시 장치(100D)보다 훨씬 더 나은 블랙 디스플레이 상태를 제공할 수 있다.

상술한 설명에서는, 액정층(30)에 수직하게 입사되는 광에 대한 액정층(30)의 효과가 기술되었다. 액정 표시 장치에서, 특히 투과형에 있어서, 액정층(30)에 수직하게 입사되는 광은 표시에 가장 큰 영향을 미친다. 그러나, 액정층(30)에 경사 방향으로 입사하는 광 또한 표시에 영향을 미친다. 액정층(30)에 경사 방향으로 입사하는 광은 액정층(30)에 의해 수직 방향으로 위상차가 생긴다. 따라서, 액정 표시 장치의 표시면을 경사 방향(표시면에 대한 법선 방향에서 경사진 방향)에서 보았을 때, 광 누수가 수직 배향에서 발생할 수 있으며, 블랙 디스플레이 상태가 생성되는 것이 억제되어 표시 콘트라스트비가 감소하게 된다.

경사 방향으로 입사되는 광에 대한 위상차를 상쇄시키기 위한 굴절율 이방성을 갖는 위상 플레이트(시각 보상판)을 더 제공함으로써, 임의의 시각에서 바람직한 콘트라스트비를 갖는 액정 표시 장치를 구현할 수 있다. 시각 보상판이 단일위상판일 필요는 없지만, 대용적으로, 복수의 위상판을 적층할 수 있다. 시각 보상판은 TFT 기판(100a)의 외측(액정층(30)으로부터 가장 멀리 떨어진 측)과 대향 기판(100b)의 외측 중 어느 하나 또는 양측 모두에 제공될 수 있다.

λ/4판이 투과형 액정 표시 장치에 사용되는 경우에 대해 설명하였지만, 반사형 액정 표시 장치 또는 투과-반사형 액정 표시 장치의 반사 모드에서의 표시 품위를 향상시키기 위하여, 액정 표시 장치의 관찰자측에 제공된 λ/4 위상판의 파장 분산을 감소시킬 필요가 있다. 따라서, 광대역 λ/4판을 사용하는 것이 바람직하다. 양방향 액정 표시 장치에 있어서는, 광대역 λ/4판을 액정 표시 장치의 양측에 제공하여 투과형 액정 표시 장치에 대해 전술한 바와 같이 각 광대역 λ/4판의 파장 분산을 서로 상쇄시킬 수 있다.

실시예

제1 실시예

도 48은 제1 실시예의 투과형 액정 표시 장치(800)을 도시한 단면도이고, 도 49는 그 평면도이다. 도 48은 도 49의 라인 48A-48A'을 따라 절단한 단면도이다.

투과형 액정 표시 장치(800)로는 예를 들면, 3.5인치, 180k-픽셀(도트의 수: 840(수평)×220(수직), 도트 피치 : 86 ㎛(수평)×229㎛(수직)) TFT 액정 표시 장치가 있다.

액정 표시 장치(800)는 TFT 기판(800a), 대향 기판(800b) 및 이들 사이에 제공된 수직 배향 액정층(30)을 포함한다. 매트릭스 패턴으로 배열된 복수의 화소 영역 각각은 화소 전극(105)과 대향 전극(122) 사이에 인가된 전압에 의해 구동된다. 화소 전극(105)은 신호 전압이 인가되는 소스 라인(114)에 TFT(118)를 통하여 접속되고, TFT(118)는 게이트 라인(108)으로부터 인가된 주사 신호에 의해 스위칭된다. 신호 전압은 주사 신호에 의해 턴온되는 TFT(118)에 접속된 화소 전극(105)에 인가된다.

화소 전극(105)은 하부 도전층(102), 상부 도전층(104) 및 이들 사이에 형성된 유전체층(층간 절연층(107)과 감광성 수지층(103))을 포함한다. 하부 도전층(102)과 상부 도전층(104)은 콘택 홀(107a)을 통하여 서로 전기적으로 접속된다. 상부 도전층(104)이 개구(104a)를 포함함으로써, 인가 전압의 존재시 엣지부에 경사 전계가 생성된다. 개구(104a)는 게이트 라인(108), 소스 라인(114) 및 기억 용량 라인(119)으로 둘러싸인 각 영역에 제공된다. 따라서, 2개의 개구(104a)는 각 화소 영역에 제공된다.

기억 용량 라인(119)은 화소 영역의 실질적으로 중심을 관통하는 게이트 라인(108)에 평행하게 연장되도록 제공된다. 기억 용량 라인(119)은 게이트 절연층(110)을 통하여 기억 용량 라인(119)에 대향하는 하부 도전층(102)와 함께 보조 용량을 형성한다. 기억 캐패시터는 화소 용량의 유지율을 향상시키기 위하여 제공된다. 물론, 기억 캐패시터는 생략될 수 있으며, 그 구조는 도시된 예에 국한되지 않는다.

먼저, 도 50a 내지 도 50d를 참조하여 액정 표시 장치(800)의 TFT 기판(800a)의 제조 방법을 설명한다.

필요하다면, 도 50a 도시된 바와 같이, 절연성 투명 기판(101) 상의 베이스코트층으로서 Ta₂O₅, SiO₂등으로 만들어진 절연층(도시되지 않음)이 제공된다. 다음, Al, Mo, Ta 등으로 만들어진 금속층이 스퍼터링 방법에 의해 제공되고, 금속층이 패터닝되어 게이트 전극(게이트 배선을 포함함 : 108)을 제공한다. 본 일례에서는, 게이트 전극이 Ta를 사용함으로써 제공된다. 이 때, 보조 용량 배선(119)이 동일한 재료를 이용한 동일한 단계에 의해 제공될 수 있다.

다음, 기판(101)의 표면의 실질적으로 전면에 게이트 절연층이 제공되어 게이트 전극(108)을 커버한다. 본 일례에서, 약 300㎛의 두께를 갖는 SiN_X막이 P-CVD 방법에 의해 퇴적되어, 게이트 절연층(110)을 제공한다. 게이트 전극(108)이 양극 산화되어, 게이트 절연층으로서 양극 산화막을 사용한다. 물론, 양극 산화막 및 SiN_X와 같은 절연막을 포함하는 2층 구조를 이용할 수도 있다.

각각 채널층(111) 및 전극 컨택트층(112)이 될 2개의 Si층이 CVD 법을 사용하여 게이트 절연층(110) 상에 연속적으로 퇴적된다. 약 150㎚ 두께의 아몰포스 Si층이 채널층(111)으로서 사용되고, 인과 같은 불순물로 도핑된 두께 약 50㎚의 아몰포스 Si 또는 미결정 Si층이 전극 컨택트 층(112)으로서 사용된다. 이들 Si층은, 예를 들면 HCl+SF₆의 혼합 가스를 이용한 건식 에칭 방법에 의해 패터닝되어, 채널 층(111) 및 전극 컨택트 층(112)을 제공한다.

다음, 도 50b에 도시된 바와 같이, 하부 도전층을 구성하는 투명 도전층(ITO : 109)이 스퍼터링 방법에 의해 약 150㎚ 두께로 퇴적된 후, Al, Mo, Ta 등으로 만들어진 금속층(114, 115)이 퇴적된다. 본 일례에서는 Ta가 사용된다. 이들 금속층이 패터닝되어 소스 전극(113, 114) 및 드레인 전극(113, 115)을 제공한다[이하, 각각 "소스 전극(114)" 및 "드레인 전극(115)"이라 언급함]. 각각의 소스 전극(114) 및 드레인 전극(115)은 2-층 구조를 갖고, ITO 층(102)으로 만들어진 도전층은 참조 번호 113으로 표시된다. ITO 층(102)은 2-층 화소 전극의 하부 도전층으로서의 역할을 한다.

다음, SiNx 등으로 만들어진 절연층이 CVD 법에 의해 약 300㎚ 두께로 퇴적된 후 패터닝되어 도 50c에 도시된 바와 같이 층간 절연층(107)을 제공한다. 패터닝 단계에서, ITO 층(102) 이후에 형성되고 상부 도전층(103)을 전기적으로 접속하기 위한 컨택트 홀(107a)이 보조 용량 배선(119) 상의 층간 절연층(107)에 제공된다.

다음, 유전체 층을 구성하는 감광성 수지층(103)이 층간 절연층(107) 상에 제공되고, 도 50d에 도시된 바와 같이, 감광성 수지층(103)을 노광 및 현상함으로써 드레인 전극(102)을 노출시키기 위한 개구(103a)가 층간 절연층(107)의 컨택트 홀(107a)에 제공된다. 감광성 수지층(103)은 예를 들면 포지티브형 감광성 수지(JSR 사에 의해 제조된 아크릴 수지, 비유전률 : 3.7)를 이용하여 약 1.5㎛의 두께로 형성된다. 또 다른 방식으로, 감광성 수지층(103)이 감광성이 없는 수지를 이용하여 형성되는데, 별도의 포토레지스트를 이용한 리소그래피 단계를 통해 비감광성 수지층은 개구부(103a)를 형성한다.

다음, 도 50e에 도시된 바와 같이, 상부 도전층을 구성하는 투명 도전막(ITO : 104)이 층간 절연층(107)을 갖고 감광성 수지층이 그 위에 형성된 기판(101) 상에서 스퍼터링 법을 이용하여 약 100㎚ 두께로 제공된다.

다음, 개구부(104a)가 투명 도전층(104)에 제공되어 도 48에 도시된 바와 같은 TFT 기판(800a)을 얻는다. 개구부(104a)는 예를 들면, 다음의 방법을 이용하여 제공될 수 있다.

포토레지스트 재료를 투명 도전층(104) 상에 도포하고, 포토리소그래피 프로세스에 의해 의한 소정의 패턴의 포토레지스트 층을 형성한다. 포토레지스트층을 마스크로 이용하여 에칭 프로세스가 수행되어 개구부(104a)를 제공한다. 다음, 포토레지스트층이 제거된다. 본 일례에서는, 2개의 상이한 직사각형의 개구(14a)가 투명 도전층(104)의 개구부(104a)로서 제공된다(이 때, 도 49의 상부 개구부에서는 a=68㎛, b=59㎛이고, 도 49의 하부 개구부에서는 a=68㎛, b=36㎛임).

이러한 방식으로, ITO 층으로 만들어진 하부 도전층(102), ITO 층으로 만들어진 상부 도전층(104), 및 층간 절연층(107) 및 유전체층(103)을 포함하는 2-층 화소 전극을 갖는 TFT 기판(800a)을 형성한다.

본 일례에서, 상부 도전층(104) 및 하부 도전층(102)간에 삽입된 유전체 층은 층간 절연층(107) 및 감광성 수지층(103)의 2층으로 구성된다. 또 다른 방식으로, 유전체 층은 이들 층 중 하나만을 포함하거나 더 많은 층들을 포함할 수 있다. 또한, 유전체 층이 상부 도전층의 개구부(104a)의 엣지부에서 액정 분자를 경사지게 하도록 경사 전계를 생성하지 않는한, 상부 도전층 및 하부 도전층간에 제공된 유전체 층의 재료, 두께, 개수에는 제한이 없다. 바람직하게, 광 효율을 감소시키지 않도록 높은 투명도를 갖는 재료를 사용한다.

도 50f 내지 도 50k를 참조하여 액정 표시 장치(800)의 TFT 기판(800a)의 제조 방법이 설명된다.

필요하다면, Ta₂O₅, SiO₂등으로 만들어진 절연층(도시되지 않음)이 도 50f에 도시된 바와 같이 절연성 투명 기판(101) 상에 베이스코트층으로서 제공된다. 다음, Al, Mo, Ta 등의 금속층이 스퍼터링법에 의해 제공되고, 금속층이 패터닝되어 게이트 전극(게이트 배선을 포함함 : 108)이 제공된다. 본 일례에서는, Ti/Al/Ti막을 이용한 게이트 전극(108)이 제공된다. 이 때, 보조 용량 배선(119)가 동일한 재료를 이용하여 동일한 단계에서 제공될 수 있다.

다음, 게이트 절연층(110)이 기판(101)의 실질적으로 전면 상에 제공되어, 게이트 전극(108)을 커버한다. 본 일례에서, 약 300㎚의 두께를 갖는 SiN_X막이 CVD 법에 의해 퇴적되어 게이트 절연층(110)을 제공한다.

각각 채널층(111) 및 전극 컨택트층(112)이 될 2개의 Si 층이 CVD 법을 이용하여 게이트 절연층(110) 상에 연속적으로 퇴적된다. 약 150㎚두께의 아몰포스 Si 층이 채널층(111)으로서 사용되고, 인과 같은 불순물에 의해 도프된 약 50㎚ 두께의 아몰포스 Si 또는 미결정 Si 층이 전극 컨택트 층(112)으로서 사용된다. 이들 Si 층은 예를 들면 HCl+SF6의 혼합 가스를 이용한 건식 에칭 법에 의해 패터닝되어, 채널층(111) 및 전극 컨택트층(112)을 제공한다.

다음, Al Mo, 또는 Ta 등으로 만들어진 금속층(114, 115)이 도 50g에 도시된 바와 같이 퇴적된다. 본 일례에서, Al/Ti가 층막으로서 사용된다 이들 금속층이 패터닝되어, 소스 전극(114) 및 드레인 전극(115)을 제공한다. 다음, 예를 들면, HCl+SF6의 혼합 가스를 이용하고, 마스크로서 소스 전극(114) 및 드레인 전극(115)을 이용한 건식 에칭법과 같은 패너팅 프로세스를 통해 전극 컨택트 층(112)을 에칭함으로써 갭부(112g)가 형성된다.

다음, SiN_X등으로 만들어진 절연층이 약 300㎚ 두께로 퇴적된 후, 패터닝되어 도 50h에 도시된 바와 같이 층간 절연층(107)을 제공한다. 패터닝 단계에서, 드레인 전극(115) 이후에 형성될 ITO 층으로 만들어진 하부 도전층(102)을 전기적으로 접속하기 위한 컨택트홀(107a)이 보조 용량 배선(119) 상의 층간 절연층(107) 에 제공된다.

다음, 하부 도전층이 될 투명 도전층(ITO : 102)이 도 50i에 도시된 바와 같이 스퍼터링 법에 의해 약 140㎚의 두께로 제공된다.

다음, 유전체 층이 될 감광성 수지층(103)이 ITO 층으로 만들어진 하부 도전층(102) 상에 제공되고, 감광성 수지층(103)이 노광 및 현상되어 도 50j에 도시된 바와 같이 ITO 층으로 만들어진 하부 도전층(102)을 노광하기 위한 개구부(103a)를 제공한다. 감광성 수지층(103)이 예를 들면 포지티브형 감광성 수지를 이용하여 약 1.5㎛ 의 두께로 형성된다(JSR 사에 의해 제조된 아크릴 수지, 비유전률 : 3.7). 또 다른 방식으로 감광성이 없는 수지를 이용하여 감광성 수지층(103)이 제공되는데, 별도로 포토레지스트를 이용한 포토리소그래피 단계를 통해 비감광성 수지층에서 개구부(103a)를 제공한다.

다음, 상부 도전층이 될 투명 도전층(ITO : 104)이 도 50k에 도시된 바와 같이 그 위에 형성된 감광성 수지층(103)을 갖는 기판(101) 상에서 스퍼터링 법에 의해 약 100㎚의 두께로 제공된다.

다음, 개구부(104a)가 투명 도전층(104)에 제공되어, 도 48에 도시된 바와 같은 TFT 기판(800a)를 얻는다. 개구부(104a)는 예를 들면 다음의 방법에 의해 제공될 수 있다.

포토레지스트 재료가 투명 도전층(104) 상에 도포되고, 포토리소그래피 프로세스에 의해 소정의 패턴의 포토레지스트층이 얻어진다. 포토레지스트층을 마스크로서 사용하여 에칭 프로세스가 수행되어, 개구부(104a)를 제공한다. 다음, 포토레지스트층이 제거된다.

이러한 방식으로, ITO 층으로 만들어진 하부 도전층(102), ITO 층으로 만들어진 상부 도전층(104), 및 그 사이에 삽입된 층간 절연층(107) 및 유전체 층(103)을 포함하는 2-층 화소 전극을 갖는 TFT 기판(800a)이 얻어진다.

상부 도전층 및 하부도전층간에 제공된 유전체 층은, 상부 도전층의 개구부(104a)의 엣지부에서 액정 분자를 경사지게 하기 위한 경사 전계를 생성하여 안정된 방사상 경사 배향을 구현하는 한, 재료의 종류, 두께, 및 층 수에는 제한이 없다. 바람직하게, 광의 이용 효율을 감소시키지 않도록 높은 투명성을 갖는 재료가 사용된다.

반면, 스퍼터링 법을 이용하여 절연성 투명 기판(121) 상의 ITO에 의해 만들어진 대향 전극(122)을 제공함으로써 대향 기판(800b)을 얻을 수 있다.

상술된 바와 같이 얻어진 TFT 기판(800a) 및 대향 기판(800b) 각각의 내측 표면에 수직 배향 처리가 수행된다. 수직 배향층은 예를 들면 JSR사에 의해 제조된 수직 배향 전력을 갖는 폴리이미드를 이용하여 제공된다. 수직 배향층은 러빙 처리되지 않는다.

직경이 약 3㎛인 구형 플라스틱 비드가 대향 기판(800b)의 내측 표면에 도포되고, 대향 기판(800b) 및 TFT 기판(800a)이 공지된 시일제를 이용하여 서로 접착된다. 다음, 예를 들면 Merck & Co., Inc., 사에 의해 제조된 네거티브 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 재료(An=0.996)을 이용한 키랄제를 첨가한 재료를 주입한다. 이러한 방식으로, 액정 패널이 얻어진다. 여기서, 한 쌍의 기판[본 일례에서는, TFT 기판(800a) 및 대향 기판(800b)]을 포함하는 액정 표시 장치의 일부분을 "액정 패널"이라 한다.

얻어진 액정 패널의 TFT 기판(800a)의 외부 측면 상에 편광판(50a)이 제공되고, 편광판(50b)이 대향 기판(800b)의 외부 측면 상에 제공되어, 편광판(50a, 50b) 각각의 투과축이 서로 직교한다(도 41b 참조). 또한, 편광판(50a, 50b)의 투과축이 각각 액정 패널의 게이트 배선의 연장 방향에 대하여 45도로 배치된다.

상술된 바와 같이 얻어진 액정 표시 장치는 전압이 인가되지 않을 때에도(임계 전압 이하의 전압이 인가될 때를 포함함) 양호한 블랙 디스플레이를 실현한다.

도 51은 액정 표시 장치(800)의 액정층에 전압이(임계 전압과 같거나 큰 전압) 인가되었을 때의 2개의 인접한 화소 영역을 도시한다.

도 51에 도시된 바와 같이, 직각의 개구부(104a) 마다 개구부(104a)의 중앙을 중심으로 하는 소광 패턴(암부)가 보여질 수 있다. 액정 분자는 소광 패턴의 중심(곡선의 교차점)에서 수직 배향되고, 둘러싸고 있는 액정 분자는 수직 배향 상태의 액정 분자를 중심으로 방사상 경사 배향된다. 이는 개구부(104a)를 갖는 2-층 구조의 화소 전극에 의해 경사 전계가 생성되기 때문이다. 다음과 같은 이유로 인해, 전압 인가시에 일반적으로 크로스 형태의 패턴으로 암부가 나타난다. 상술한 바와 같이, 액정층에 입사하는 직선 편광의 편광 방향과 평행 또는 직교하는 방향[즉, 편광판(50a)의 투과축에 평행 또는 직교하는 방향]으로 액정 분자가 배향되는 영역을 통과하는 직선 편광은, 액정층에 의해 위상차가 제공되지 않아, 편광 상태를 유지하면서 액정층을 통과한다. 그 결과, 광이 편광판(50b)에 의해 흡수되어, 표시에 기여하지 않는다. 본 일례에서는, 키랄제가 첨가된 액정 재료가 사용되므로, 액정층은 나선형 패턴의 방사상 경사 배향을 갖는다.

전압 인가 상태에서 화이트 디스플레이 상태(밝음)가 관찰되는 영역은, 액정층에 입사된 직선 편광이 액정층에 의해 위상차가 제공되는 영역이고, 화이트 디스플레이 상태(밝음)의 정도는 액정층에 의해 제공된 위상차의 크기에 의존한다. 따라서, 액정층에 인가하는 전압의 크기를 제어함으로써 액정층의 배향 상태를 변화시키고, 액정층에 의해 제공된 위상차의 크기를 조절하여, 그레이-스케일 표시가 실현된다.

투과축이 서로 직교하는 한 쌍의 편광판(50a 및 50b)의 배치는 상기 예에 제한되지 않고, 게이트 배선과 평행 또는 직교하도록 배치해도 된다. 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 액정층은, 전압 인가 시에 방사상 경사 배향 상태가 되는 수직 배향형 액정층이기 때문에, 편광판의 투과축의 방향은 임의의 방향으로 설정될 수 있다. 액정 표시 장치의 용도에 따라서, 시야각 특성 등을 고려하여 적절히 설정될 수 있다. 특히, 게이트 배선(또는 소스 배선)과 평행 또는 직교하는 방향으로 편광판의 투과축을 설정함으로써, 표시 면의 상하 방향 및 좌우 방향의 시야각 특성을 향상시키는 것이 가능하다. 이것은, 편광판의 편광 선택도가, 투과축에 평행 또는 직교하는 방향에서 가장 높고, 투과축에 대하여 45°에서 가장 낮기 때문이다. 또, 게이트 배선과 평행 또는 직교하는 방향으로 편광판의 투과축을 설정하면, 게이트 배선으로부터의 경사 전계에 의해, 게이트 배선의 근방에 존재하는 액정 분자가, 게이트 배선의 연장 방향에 직교하는 방향으로 경사지더라도, 광 누설은 발생하지 않는다고 하는 이점이 있다.

또, λ/4 판을 이용하는 것에 의해 액정층에 원편광을 입사시키는 구성으로 하면, 편광판의 투과축을 거의 따라서 관찰되는 소광 패턴을 제거하는 것이 가능하여, 광의 이용 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 또, λ/2 판이나 시각 보상판을 제공하는 것에 의해, 블랙 디스플레이 상태의 착색 현상의 발생을 억제하고, 고품위의 화상을 표시할 수 있는 액정 표시 장치를 획득하는 것이 가능하다.

본 실시예의 액정 표시 장치(800)는, 수직 배향형의 노멀리 블랙 모드(normally black mode)의 액정 표시 장치이고, 높은 콘트라스트 비의 표시가 가능하다. 더욱이, 방사상 경사 배향한 액정층을 이용하고 있기 때문에, 모든 방위에서 넓은 시야각 특성을 갖고 있다. 또, 방사상 경사 배향의 형성에는, 개구부를 갖는 2층 구조 전극에 의해 생성되는 경사 전계를 이용하고 있기 때문에, 제어성이 양호하고, 양호한 방사상 경사 배향을 실현하는 것이 가능하다.

물론, 화소 전극의 구조는, 예시한 구조에 제한되지 않고, 이전 실시예에서 설명한 각종 구조의 2층 전극 구조를 채용하는 것이 가능하다. 또, 상부 도전층 및/또는 하부 도전층을 형성하는 재료를 변경하는 것에 의해, 반사형 액정 표시 장치나 투과-방사형 액정 표시 장치를 획득하는 것이 가능하다.

제2 실시예

제2 실시예의 투과형 액정 표시 장치의 화소 전극은, 제1 실시예의 액정 표시 장치(800)에 비하여 비교적 작은 개구부를 복수 갖고, 개구부가 화소 전극(상부 도전층)의 전체에 걸쳐서 형성되어 있다. 개구부 및 중실부의 형상이나 배치는 일례에 불과하고, 제1 실시예에서 예시한 다양한 패턴을 이용할 수 있다. 표시 휘도의 관점에서는, 도 19b에 도시된 패턴이 바람직하다. 또, 개구부와 중실부 사이의 면적 비율은 도 22a 내지 도 22c를 참조하여 설명한 지침에 따라 최적화될 수 있다.

제2 실시예의 액정 표시 장치의 구조 및 동작을 설명하기 전에, 제1 실시예의 액정 표시 장치(800)가 가질 수 있는 단점을 설명한다. 그러나, 이 결점은, 액정 표시 장치의 용도에 따라서는 문제가 되지 않는 것도 있다.

우선, 액정 표시 장치(800)의 상부 도전층(104)이 갖는 개구부(104a)(특히 큰 쪽, 즉 도 49에서의 상측의 개구부 : a=68㎛, b=59㎛)는, 사이즈가 비교적 크기 때문에, 액정층(30)에 전압을 인가해서부터, 개구부(104a) 내에 위치하는 액정층(30)이 안정한 방사상 경사 배향을 가질 때까지의 시간이 길다. 따라서, 용도에 따라서는, 응답 속도가 느리다고 하는 문제가 있다.

또, 도 49에서의 하측의 개구부(104a)의 하측 엣지부와 게이트 배선(108)과의 사이의 영역(소스 선에 평행한 방향의 폭이 약 25㎛인 영역)과 같이, 개구부(104a)의 엣지부로부터 거리가 먼 영역의 액정층(30)은, 안정한 방사상 경사 배향을 갖기까지 비교적 긴 시간이 소요된다. 또, 개구부(104a)의 엣지부로부터 먼 상부 도전층(104)의 엣지부(예를 들면, 도 49에서의 화소 영역의 아래 코너 부근의 영역)에 위치하는 액정층(30)은, 개구부(104a)에 의해 생성되는 경사 전계와, 소스 전극(114, 113)에 인가되고 있는 신호 전압에 의해 생성되는 전계에 의해 영향을 받기 때문에, 액정 분자(30a)의 경사 방향이 화소마다 안정하지 않을 수 있다. 그 결과, 표시에 불균일성이 관찰될 수 있다.

도 52 및 도 53을 참조하면서, 제2 실시예의 액정 표시 장치(900)의 구조와 동작을 설명한다. 액정 표시 장치(900)의 단면도를 도 52에, 평면도를 도 53에 각각 도시한다. 도 52는, 도 53에서의 52A-52A' 선을 따라 절취한 단면도이다. 이하의 설명에서는, 액정 표시 장치(900)의 구성 요소 중 제1 실시예의 액정 표시 장치(800)의 구성 요소와 실질적으로 동일한 기능을 갖는 구성 요소를 동일 참조 부호로 도시하고, 그 설명을 생략한다. 액정 표시 장치(900)는 액정 표시 장치(800)와 실질적으로 동일한 프로세스로 제조하는 것이 가능하다.

도 52에 도시한 바와 같이, 액정 표시 장치(900)의 상부 도전층(104)은, 비교적 복수의 비교적 작은 개구부(104a)를 갖고 있다. 여기서는, 각 화소 전극(105)마다(각 상부 도전층(104) 마다), 23개의 원형의 개구부(104a)를 형성하고 있다. 개구부(104a)의 직경은 20㎛로 하고, 행 방향 또는 열 방향(게이트 배선 또는 소스 배선에 평행한 방향)으로 인접하는 개구부(104a)들 사이의 간격은 각각 4㎛이다. 개구부(104a)는, 화소 전극(105)의 전체에 걸쳐서 정방형 격자 패턴으로 배열되어 있고, 격자점에 위치하는 4개(2×2)의 개구부(104a)가 회전 대칭성을 갖도록 배치되어 있다. 또, 개구부(104a) 중 가장 외측(상부 도전층(104a)의 엣지에 가까운) 개구부(104a)의 엣지와, 상부 도전층(104)의 엣지와의 거리는 약 5㎛로 하고 있다.

액정 표시 장치(900)의 상부 도전층(104)이 갖는 개구부(104a)의 직경은 20㎛로 비교적 작으므로, 전압 인가에 의해, 개구부(104a) 내에 위치하는 액정층(30)이 신속하게 안정한 방사상 경사 배향을 갖는다. 또, 개구부(104a)는 정방형 격자 패턴으로 배열되어 있고, 격자점에 위치하는 4개(2×2)의 개구부(104a) 세트가 회전 대칭성을 갖도록 배치되어 있기 때문에, 개구부(104a)들 사이에 위치하는 액정층(30)도 안정한 방사상 경사 배향을 갖는다. 더욱이, 인접하는 개구부(104a) 사이의 거리는 4㎛로 비교적 짧기 때문에, 개구부(104a) 사이에 위치하는 액정층(30)도 신속하게 배향 변화한다. 또, 상부 도전층(104)의 엣지부의 부근(엣지로부터 약 5㎛)에도 개구부(104a)를 배치하는 것에 의해, 상부 도전층(104)의 엣지부 근방에서, 액정 분자의 경사 방향이 안정하지 않은 영역을 좁히는 것이 가능하다.

본 실시예의 액정 표시 장치(900)는, 액정 표시 장치(800)에 비하여, 응답 속도가 빠르고, 또 표시의 불균일성은 관찰되지 않는 것을 실제로 확인하였다.

상술한 바와 같이, 화소 전극(105)마다 복수의 개구부(104a)를 제공하는 구성을 채용하면, 개구부(104a)의 사이즈나 배치를 최적화하는 것이 가능해지고, 응답 속도나 방사상 경사 배향의 안정성(재현성을 포함)이 향상된 액정 표시 장치를 획득하는 것이 가능하다.

상술한 제1 실시예 및 2의 투과형 액정 표시 장치(800 및 900)에서, 상부 도전층(104)의 개구부(104a) 상에 위치하는 액정층(30)에 인가되는 전압은, 감광성 수지층(103)에 의한 전압 강하의 영향을 받는다. 따라서, 개구부(104a) 상에 위치하는 액정층(30)에 인가되는 전압이, 상부 도전층(104)(개구부(104a)를 제외한 영역) 상에 위치하는 액정층(30)에 인가되는 전압보다도 낮아진다. 따라서, 상부 도전층(104)과 하부 도전층(102)에 동일한 전압(신호 전압)을 인가하면, 전압-투과율 특성이, 화소 영역 내의 위치에 따라서 다르고, 개구부(104a) 상에 위치하는 액정층(30)의 투과율이 상대적으로 낮아진다. 액정 표시 장치(800 및 900)는, 노멀리 블랙 모드로 화상 표시를 행하므로, 블랙 레벨이 열화되는(전압 인가시 투과율이 상승하는) 일은 없지만, 충분한 화이트 레벨(실제 사용시의 가장 밟은 표시 상태)을 실현하기 위해서는, 통상보다 높은 전압을 액정층에 인가할 필요가 있다.

개구부(104a) 내에 위치하는 액정층(30)에 인가되는 전압의, 감광성 수지층(103)에 의한 전압 강하를 억제하기 위해서는, 도 34a 내지 도 34c, 및 도 35를 참조하여 설명한 바와 같이, 개구부(104a) 내에 위치하는 감광성 수지층(103)에 요부 또는 개구부를 형성할 수 있다. 제1 및 제2 실시예에서는 감광성 수지를 이용하고 있기 때문에, 공지의 포토리소그래피 프로세스로 요부 또는 개구부를 형성하는 것이 가능하다.

개구부(104a) 내에 위치하는 감광성 수지층(103)에 오목부 또는 구멍을 형성하면, 개구부(104a) 내에 위치하는 액정층(30)에 인가되는 전압의 감광성 수지층(103)에 의해 전압 강하를 저감할 수 있음과 동시에, 감광성 수지층(103)에 의한 투과율의 저하를 저감하고, 광의 이용 효율을 향상시키는 것이 가능하다. 또, 개구부(103a) 내의 감광성 수지층(103)의 두께를 얇게 하면, 개구부(104a) 이외의 상부 도전층(104) 상의 액정층(30)의 두께에 비하여, 개구부(104a) 상의 액정층(30) 두께가 두껍게 된다. 즉, 리타데이션이 커지므로, 투과율(광 이용 효율)이 향상된다.

제3 실시예

제3 실시예의 투과-반사형 액정 표시 장치(1000)의 단면도를 도 54에, 평면도를 도 55에 각각 도시한다. 도 54는, 도 55에서의 54A-54A' 선에 따라 절취한 단면도이다. 이하의 설명에서는, 액정 표시 장치(1000)의 구성 요소 중 제1 실시예의 액정 표시 장치(800)의 구성 요소와 실질적으로 동일한 기능을 갖는 구성 요소를 동일 참조 부호로 도시하고, 그 설명을 생략한다.

액정 표시 장치(100)는, TFT 기판(1000a)과, 대향 기판(800b)과, 이들 사이에 제공된 수직 배향 액정층(30)을 갖고 있다. 매트릭스 상으로 배열된 화소 영역의 각각은, 화소 전극(105)과 대향 전극(122) 사이에 인가되는 전압에 의해 구동된다. 화소 전극(105)은 TFT(118)를 경유하여 소스 배선(114)에 접속되어 있다. TFT(118)는 게이트 배선(108)으로부터 인가되는 주사 신호에 의해 스위치된다. 주사 신호에 의해 ON 상태로 된 TFT(118)에 접속되어 있는 화소 전극(105)에 신호 전압이 인가된다.

화소 전극(105)은, 투명 전극으로서 기능하는 투명 하부 전극층(102T)과, 반사 전극으로서 기능하는 반사 상부 도전층(104R)과, 이들 사이에 구비된 유전체층(층간 절연층(107) 및 감광성 수지층(103))을 갖고 있다. 투명 하부 도전층(102T)과 반사 상부 도전층(104R)은, 콘택트 홀(107a)을 통해 서로 전기적으로 접속되어 있다. 반사 상부 도전층(104R)은, 개구부(104a)를 갖고 있고, 전압 인가시에 그 엣지부에 경사 전계를 발생시킨다. 감광성 수지층(103)은 개구부(104a)에 대응하도록 형성된 개구부(103a)를 갖고 있다. 개구부(103a) 내에 투명 하부 도전층(102T)이 노출되어 있다. 화소 영역마다 8개의 개구부(104a) 및 개구부(103a)가 형성되어 있다.

액정 표시 장치(1000)는 다음과 같이 제조하는 것이 가능하다. 액정 표시 장치(800)의 제조 방법과 유사한 공정의 설명은 생략한다.

TFT 기판(1000a)은, 감광성 수지층(103)의 도포 공정까지는, TFT 기판(800a)과 유사한 공정으로 형성하는 것이 가능하다(도 50a 내지 도 50e 참조).

다음으로, 도 56a에 도시하는 바와 같이, 층간 절연막(107) 상에 감광성 수지를 도포한다. 예를 들면, 감광성 수지로서 포지티브형의 감광성 수지(JSR사 제조의 아크릴 수지)를 이용하고, 약 3.7㎛ 정도의 두께로 도포한다. 이 두께는, 포스트베이킹 공정 완료 후에 약 3㎛의 두께가 되도록 설정되어 있다.

이 노광 공정에서, 감광성 수지층(103)의 표면에 복수의 매끄러운 요철부를 형성하기 위한 소정의 패턴을 갖는 포토마스크(예를 들면, 도 40 참조)를 이용하여, 감광성 수지(103)를 노광(예를 들면, 약 50mJ의 노광량)한다.

노광된 감광성 수지(103)를 현상하는 것에 의해, 콘택트 홀(107a),개구부(103a) 및 표면의 요철(도시하지 않음)이 형성된다. 필요에 따라, 열처리를 행하여, 감광성 수지층(103)의 표면에 형성된 요철부를 매끄럽게 할 수도 있다.

그리고나서, 도 56b에 도시된 바와 같이, 기판(101)의 거의 전면에, 상부 도전층이 되는 Mo층(104R1) 및 Al층(104R2)을 스퍼터링법에 의해 각각 약 100nm 두께를 갖도록 순차 형성한다.

그 후, Al층(104R2)/Mo층(104R1)을 포함하는 반사 상부 도전층(104R)을 포토리소그래피를 통해 소정의 패턴으로 가공하고, 이에 의해 개구부(104a)를 형성한다. 개구부(104a)는 제1 실시예에 의해 설명한 방법으로 실시할 수 있다.

본 실시예에서, 상부 도전층(104)과 하부 도전층(113) 사이에 끼워넣어진 유전체층은 층간 절연층(107)과 감광성 수지층(103)을 포함한 2층 구조를 가지나, 이 유전체층은 대신에 상기 층들 중 하나 또는 2층 이상을 포함할 수도 있다.

다음에, 상술한 바와 같이 얻어진 TFT 기판(800a) 및 통상의 방법에 의해 제조된 대향 기판(800b) 각각의 내면에 수직 배향 처리를 행한다. 예를 들면, JSR사에 의해 제조된 수직배향성 폴리이미드를 사용하여 수직 배향층을 형성한다. 이 수직배향층에는 러빙(rubbing)처리를 행하지 않는다.

대향 기판(800b)의 내측 표면에, 예를 들면 직경 3.0㎛의 구형 플라스틱 비드를 분산시키고, 공지의 실란트를 이용하여 대향 기판(800b)과 TFT기판(1000a)을 함께 접착한다. 그 후, 예를 들면 멀크사(Merck & Co.)에 의해 제조된 부의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 재료(Δn = 0.0649)가 주입된다. 이런 식으로, 액정 패널이 얻어진다.

얻어진 액정 패널의 반사 영역(반사 상부 도전층(104R)의 상부)의 액정층(30)의 두께는, 플라스틱 비드 직경에 대응하는 3㎛이 되고, 투과 영역(개구부(104a)에 대응하는 영역)에서는, 약 6㎛(플라스틱 비드 직경인 3㎛ + 포스트베이킹 단계 후의 감광성 수지층(103)의 두께 약 3㎛)이 된다. 상기한 바와 같이, 감광성 수지층(103)의 두께를 조정함으로써, 표시에 이용되는 광에 대한 리타데이션[액정 두께(d)×복 굴절율(Δn)]이 투과 영역과 반사 영역에서 거의 일정하게 되어, 광의 이용 효율이 향상된다.

얻어진 액정 패널에, 도 43a 및 43b에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 편광판(50a, 50b)과, 한 쌍의 λ/4판(60a, 60b)을 배치한다. 투과 모드에 의한 표시 동작은 먼저 설명하였기 때문에, 여기서는, 액정 표시 장치(1000)의 반사 영역에서의 반사 모드에 의한 표시 동작을 설명한다.

우선, 전압 무인가 시의 표시 동작을 설명한다. 대향 기판(800b) 측에서 대향 기판(800b)에 수직인 방향으로, 반사 영역에 입사하는 광은, 편광판(50b)을 통과할 때 직선 편광이 되고, λ/4판(60b)에 입사한다. 광은 λ/4판(60b)에 의해서 원편광으로 변환된 후, 액정층(30)에 입사한다. 액정층(30)을 통과하여 반사 상부 도전층(104R)에 도달한 원편광은, 반사 상부 도전층(104R)의 표면에서 반사되어, 역 회전 방향의 원편광이 된다. 그리고 나서, 이 광은 다시 액정층(30)을 통과하여, λ/4판(60b)에 입사한다. 이 원편광은 λ/4판(60b)에 의해서, λ/4판(60b)의 지상축(SL1)에 대하여 45도 방향의 편광 방향을 갖는 직선 편광으로 변환되어, 편광판(50b)에 입사한다. 편광판(50b)의 투과축(PA1)과 λ/4판(60b)을 통과한 직선 편광의 편광축은 서로 직교하고 있기 때문에, 이 직선 편광은 편광판(50b)에 의해 흡수된다. 따라서, 액정 표시 장치(1000)의 반사 영역은, 투과 영역에서와 같이, 전압 무인가 상태에서 블랙 디스플레이 상태가 된다.

다음에, 전압 인가 상태의 표시 동작을 설명한다.

전압 인가 상태에서 방사상 경사 배향 상태에 있는 액정층(30) 내의 액정 분자(30a)들 중, 기판 표면에 대하여 수직 배향하고 있는 것들은 원편광에 위상차를 제공하지 않는다. 따라서, 이 영역은 블랙 디스플레이 상태가 된다. 액정층(30)의 그 밖의 영역(수직 배향 영역 이외의 영역)에 입사한 원편광에는, 액정층(30)을 2회 통과하는 동안, 액정층(30)에 의해서 위상차가 생겨, λ/4판(60b)에 입사한다. λ/4판(60b)에 입사하는 광의 편광 상태는 원편광 상태에서 어긋나고 있기 때문에, λ/4판(60b)를 통과한 광의 일부는 편광판(50b)을 투과한다. 이 투과하는 편광의 양은, 액정층(30)에 의해 생기는 위상차의 크기에 의존하기 때문에, 액정층(30)에 인가하는 전압을 제어함으로써 조정될 수 있다. 따라서, 액정층(30)에 인가하는 전압을 제어함으로써, 반사 영역에서도 계조 표시가 가능해진다.

편광판이나 위상차판의 배치는 상기한 예에 한정되지 않는다. 예를 들어, 도 41a∼도 47c을 참조하면서 설명한 바와 같이, λ/2판이나 시각보상판 등을 더 제공하여도 좋다.

본 발명에 의한 액정 표시 장치를 이용하여 겸용 액정 표시 장치를 구성하는 경우, 개구부(104a)의 형상, 크기, 수 및 배치는, 방사상 경사 배향을 얻기 위해서 뿐만 아니라, 원하는 표시 특성(투과 영역과 반사 영역과의 면적비)에 의해서도 제한된다.

예를 들면, 반사광을 이용하는 것을 중시하는 겸용 액정 표시 장치에서는, 개구부(104a) 이외의 반사 상부 도전층(104R)이 차지하는 면적비를 크게 할 필요가 있다. 충분한 크기의 개구부(104a)를 충분한 개수로 형성할 수 없는 경우, 반사 영역(반사 상부 도전층(104R)의 상부)의 액정층(30)을 안정적으로 방사상 경사 배향시키는 것이 어렵게 된다. 구체적으로, 전압 인가시에 액정 분자(30a)의 분자축의 경사 방향의 방위각이 안정되지 않다(기판 법선 방향에서 본 액정 분자(30a)의 기판면 내에서의 배향 방향이 방사성이 되지 않고, 장소에 따라 다르다). 따라서, 액정 분자(30a)의 분자축의 기판면 내의 배향 상태가 화소 영역 마다 자주 변화한다.

여기서, 도 57를 참조하면서, 반사 영역 내의 액정층(30)에 전압을 인가한 경우의 액정 표시 장치(1000)의 표시 동작을 설명한다. 도 57는, 2개의 액정 분자(30a)의 경사 방향(방위각)이 서로 180도 만큼 다른 영역을 모식적으로 나타내고 있다.

도 57에 도시한 바와 같이, 경사 방향이 다른 좌우 2개의 액정 분자(30a)에 입사한 광이, 반사 상부 도전층(104R)에서 반사되어, 관찰자측에 출사되기 까지, 액정 분자(30a)에 의해 주어지는 위상차는 동일하다. 이것으로 부터 이해할 수 있는 바와 같이, 반사 모드로 화상을 표시하는 액정층의 반사 영역에서의 배향 방향의 방위각의 변동은, 투과 모드의 경우와 같이 표시가 불균일한 것으로 시인(視認)되기 어렵다.

제4 실시예

도 58은 제4 실시예의 투과 반사형 액정 표시 장치(1100)를 도시하는 단면도이다. 액정 표시 장치(1100)의 평면도는 도 55와 실질적으로 동일하기 때문에 생략한다. 도 58는 도 55의 54A-54A'선에 따른 단면도에 해당한다.

이하의 설명에서는, 액정 표시 장치(1100)의 구성 요소 중 제3 실시예의 액정 표시 장치(1000)의 구성 요소와 실질적으로 동일 기능을 갖는 각 구성 요소를 동일 참조 부호로 도시하고, 그 설명을 생략한다. 액정 표시 장치(1100)는 액정 표시 장치(1000)와 실질적으로 동일한 프로세스로 제조할 수가 있다.

액정 표시 장치(1100)는 감광성 수지층(103)이 오목부(103b)를 포함한다는 점에서, 제3 실시예의 액정 표시 장치(1000)와 다르다. 감광성 수지층(103)의 오목부(103b)는, 예를 들면 이하와 같은 방법으로 형성할 수가 있다.

도 56a 및 도 56b를 참조하면서 설명한 액정 표시 장치(1000)의 제조 공정에서, 약 3.7㎛ 정도의 두께(포스트베이킹 후에 약 3㎛)로 도포된 포지티브형의 감광성 수지(JSR 사에 의해 제조된 아크릴 수지)를 개구부(104a) 내(투과 영역)의 감광성 수지층(103)의 일부(예를 들면, 두께 약 1㎛)을 남기 도록 노광(예를 들면, 노광량 약 100 mJ)할 수 있다. 다음의 현상 공정을 통해 소정의 깊이(본 예에서는, 약 2㎛)의 오목부(103b)가 형성된다.

이하, 제3 실시예의 액정 표시 장치(1000)와 같이 다음 단계들을 행하여, 액정 표시 장치(1100)의 액정 패널이 얻어진다. 본 예에서는, 셀 갭의 설정이나 액정 재료를 제3 실시예과 동일하게 한다.

얻어진 액정 패널의 반사 영역(반사 상부 도전층(104R) 상)의 액정층(30)의 두께는 플라스틱 비드 직경에 대응하는 3㎛이고, 투과 영역(개구부(104a)에 대응하는 영역)에서는, 약5㎛(플라스틱 비드 직경인 3㎛ + 포스트 베이킹 후의 감광성 수지층(103)의 두께인 약 3㎛ - 개구부(104a) 내의 감광성 수지층(103)의 잔여 부분의 두께인 약 1㎛)가 된다. 이와 같이, 감광성 수지층(103)의 두께를 조정함으로써, 표시에 이용되는 광에 대한 리타데이션[액정 두께(d)×복굴절율(Δn)]이 투과 영역과 반사 영역에서 거의 일정하게게 하는 것이 가능해져, 광의 이용 효율이 향상한다.

다음에, 도 59a 및 도 59b를 참조하면서 제3 실시예의 액정 표시 장치(1000)에 있어서의 감광성 수지층(103)의 개구부(103a) 및 제4 실시예의 액정 표시 장치(1100)에 있어서의 감광성 수지층(103)의 오목부(103b)의 엣지부의 구조를 설명한다.

도 59a에 도시한 바와 같이, 감광성 수지층(103)의 개구부(103a)의 엣지부에서는, 감광성 수지가 존재하는 영역에서 존재하지 않는 영역으로, 감광성 수지층(103)의 두께가 서서히 그리고 연속적으로 감소한다. 즉, 개구부(103a)의 측면은 테이퍼형으로 되어 있다. 개구부(103a)의 측면이 테이퍼형으로 되는 것은 감광성 수지의 감광 특성 및 현상 특성으로 인한 것이다.

제3 실시예에 있어서의 개구부(103a)의 엣지부에서는, 도 59a에 도시한 바와 같이, 약 45도의 테이퍼각(θ)을 갖는 테이퍼형 측면이 형성된다. 이 테이퍼형 측면에 수직 배향층(도시되지 않음)을 형성하면, 액정 분자(30a)는 테이퍼형 측면에 대하여 수직으로 배향하려고 한다. 따라서, 테이퍼형 측면상의 액정 분자(30a)는 도시한 바와 같이, 전압 무인가시에도, 기판의 표면에 수직인 방향(기판 법선)으로부터 경사진 상태로 되어 있다. 테이퍼각이 크면, 테이퍼형 측면상의 액정 분자(30a)는, 전압 인가시에 생성되는 경사 전계에 의한 경사 방향과는 반대 방향으로 경사지게 되어, 방사상 경사 배향이 흐트러지는 원인이 된다.

한편, 제4 실시예에 있어서의 오목부(103b)에서는, 도 59b에 도시한 바와 같이, 개구부(104a) 내의 감광성 수지층(103)의 일부를 남기는 것으로, 테이퍼형 측면의 테이퍼각(θ)을 작게 할 수 있는 동시에, 개구부(104a) 내의 액정층(30)과 하부 도전층(102T)의 사이에 감광성 수지(103)가 존재한다. 따라서, 전압 인가시에 있어 액정층(30)에 경사 전계가 유효하게 작용하여, 안정된 방사상 경사 배향이 얻어진다. 그 결과, 불균일하지 않고 표시 품위가 양호한 액정 표시 장치가 얻어질 수 있다.

제5 실시예

제5 실시예의 투과형 액정 표시 장치의 화소 전극은 개구부가 화소 전극(상부 도전층)의 엣지부에도 형성되어 있는 점에서 제2 실시예의 투과형 액정 표시 장치(900)와는 다른 화소 전극을 포함한다. 제5 실시예의 액정 표시 장치는, 상부 도전층(104)의 개구부의 배치가 다른 점을 제외하면, 제2 실시예의 액정 표시 장치와 실질적으로 동일 구성을 갖는다. 따라서, 공통되는 구성 요소의 설명을 여기서는 생략한다.

제5 실시예의 액정 표시 장치의 구조 및 동작을 설명하기 전에, 제2 실시예의 액정 표시 장치(900)가 가질 수 있는 결점을 설명한다. 그러나, 이 결점은 액정 표시 장치의 용도에 따라서는 문제가 되지 않을 수도 있다.

도 60은 제2 실시예의 액정 표시 장치(900)의 상부 도전층(104)의 일부를 모식적으로 도시한다. 상부 도전층(104)은, 비교적 복수의 비교적 작은 개구부(104a)를 갖고 있는 동시에, 개구부(104a)는 화소 전극(105)의 전체에 걸쳐 정방형 격자로 배열되어 있어서, 정방형 격자의 각 격자점에 위치하는 4개(2 ×2)의 개구부(104a)의 세트가 회전대칭성을 갖도록 배치되어 있다.

액정층(30)에 전압을 인가하면, 상부 도전층(104)의 원형의 개구부(104a) 내(영역 A)에 위치하는 액정층(30)은 빠르게 개구부(104a)의 중심(SA)를 중심으로 하는 안정된 방사상 경사 배향을 갖는다. 또한, 정방형 격자의 각 격자점에 위치하는 4개(2 ×2)의 개구부(104a)에 둘러싸이는 영역(도 60의 영역 B)의 액정층(30)은, 전압의 인가에 의해서, 4개의 격자점에 둘러싸이는 정방형의 2개의 대각선의 교점(SA)을 중심으로 하는 안정된 방사상 경사 배향을 갖는다.

그러나, 개구부(104a) 중의 가장 외측(상부 도전층(104)의 엣지에 가장 가까움) 개구부(104a)와 상부 도전층(104)의 엣지의 사이의 영역(도 60의 영역 C)에 위치하는 액정층(30)은, 도 60의 영역 B에 도시하는 4개의 격자점에 둘러싸이는 영역에 비해, 상부 도전층(104)의 엣지부에 생성되는 경사 전계와, 개구부(104a)의 엣지부에 생성되는 경사 전계의 대칭성이 낮기 때문에(전계 방향 및 강도의 분포면에서), 안정된 배향 상태가 얻어지지 않는다. 그 결과, 표시 불균일 또는 잔상 등이 관찰되어, 표시 품위가 저하할 수도 있다.

상기한 결점은, 제2 실시예의 액정 표시 장치(900)와 같이, 상부 도전층(104)의 엣지의 가까이(약 5㎛)에 최외측 개구부(104a)를 배치하여, 상부 도전층(104)의 엣지부 근방의, 액정 분자의 경사 방향이 안정되지 않은 영역(C)의 면적을 좁게함으로써, 어느 정도 해결할 수 있다. 그러나, 그 영역을 표시 영역으로서 이용하는 한, 표시 품위가 저하된다.

또한, 상부 도전층(104)의 엣지에 너무 가까이 하여 최외측 개구부(104a)를 형성하면, 상부 도전층(104)의 엣지부의 경사 전계의 영향에 의해, 개구부(104a) 내의 액정층(30)이 안정된 방사상 경사 배향을 가질 수 없게 된다. 따라서, 상부 도전층(104)의 엣지의 근방의 액정 분자의 경사 방향이 안정되지 않은 영역(C)을 좁게 하는 것에도 한계가 있다. 여기서, 액정 분자의 경사 방향이 안정되지 않은 도 60의 영역(C)를 통과하는 광을 차단하는 것도 1개의 해결책이다. 그러나, 이것은 개구율을 저하하기 때문에 바람직하지 못하다.

이것에 대하여, 제5 실시예의 액정 표시 장치의 상부 도전층(104)은, 도 61, 도 62 및 도 63에 모식적으로 도시한 바와 같이, 상부 도전층(104)의 엣지(변 및 각)에 개구부(104a)'를 갖는다. 이하에, 이들 도면을 참조하면서, 제5 실시예의 상부 도전층(104)의 구조와, 액정층(30)에 전압을 인가했을 때의 액정 분자의 동작을 설명한다. 또, 상부 도전층(104)의 엣지는, 상부 도전층(104)의 외연(가장 외측변을 직선으로 연결하여 얻어지는 형상)으로 규정되어, 도 61, 도 62 및 도 63에서는, 실선으로 나타내고 있다.

도 61, 도 62 및 도 63에 도시한 바와 같이, 제5 실시예의 액정 표시 장치의 상부 도전층(104)은 그 엣지에 개구부(104a')를 포함한다. 엣지 이외의 위치에 제공된 개구부(104a)의 각각은, 바람직하게는 회전대칭성을 갖는 형상(본 예에서는, 원형)을 갖고, 동일한 크기를 갖는다. 복수의 개구부(104a)의 중심(회전축 위치)는, 회전대칭성을 갖도록(통상적으로는, 도시한 바와 같이 정방형 격자로) 배치되어 있다. 엣지에 형성된 개구부(104a')는, 개구부(104a)의 중심이 상부 도전층(104)의 엣지에 배치되도록 하여, 개구부(104a)와 회전대칭성을 갖는 형상이 아니라, 개구부(104a)로부터 그 일부를 제거함으로써 얻어진 형상을 갖는다. 예를 들면, 개구부(104a)가 원형의 경우, 중심이 상부 도전층(104)의 변을 따라 위치하는 개구부(104a')는, 도 61에 도시한 바와 같은 반원 형상을 갖는다. 중심이 상부 도전층(104)의 각(각도 : 90°)에 위치하는 개구부(104a')는 도 62에 도시한 바와 같이, 4분의 1 원 형상이 된다. 상부 도전층(104)이 직사각형의 일부를 절개하여 얻어진 형상을 갖는 경우, 절취부의 각(각도 : 270°)에 그 중심이 위치하는 개구부(104a')는 도 63에 도시한 바와 같이, 4분의 3 원 형상이 된다.

상기한 바와 같이, 상부 도전층(104)의 엣지에 제공된 개구부(104a')는 회전대칭성을 갖는 형상으로부터 일부를 제거함으로써 얻어진 형상이다. 따라서, 정방형 격자의 4개의 격자점상에 중심을 갖는 4개의 개구부(104a) 중의 적어도 1개가, 엣지에 제공된 개구부(104a)'를 포함하면, 전체로서 이것들의 배치는 회전대칭성을 지니고 있지 않게 된다. 그러나, 각 4개의 개구부(104a, 104a')의 세트의 중심에 의해 형성되는 각각의 정방형 격자에 대해, 각 정방형의 각은 개구부(104a, 104a') 중 하나의 4분의 1원으로 차지되어 있고, 이들 4개의 개구부(104a, 104a')의 4분의 1원은 회전대칭성을 갖도록 배치되어 있다.

여기서, 각각의 정방형의 각부에 위치하는 개구부(104a, 104a') 중 하나의 4분의 1원의 부분(이하에서는, "서브 개구부"라 칭한다)에 대해, 상부 도전층(104)의 엣지로 규정되는 전체 영역이 서브 개구부에 의해서 규정되는 등가인 복수의 정방형의 영역으로 분할된다. 상호 인접하는 4개의 서브 개구부의 각 세트는 1개의 회전대칭성을 갖는 형상(여기서는 원형)의 개구부(104a)를 형성한다. 상부 도전층(104)의 변을 포함하는 정방형의 영역을 규정하는 각 서브 개구부에는 인접하는 3개의 서브 개구부가 존재하지 않고, 이에 의해 이와 같은 서브 개구부는 회전 대칭성을 갖는 형상(원형)의 일부를 제거함으로써 얻어진 형상의 개구부(3/4원, 반원 또는 1/4원)(104a')을 형성한다.

그래서, 상술한 바와 같이 개구부(104a 및 104a')가 배열될 때, (전형적으로 화소에 대응하는) 상부 도전층(104)의 엣지에 의해 규정된 영역 내의 엣지에 위치한 개구부(104a')에 대응하는 영역은 낮은 정도의 대칭성을 갖는 형태를 가지지만, 나머지 영역은 회전 대칭성을 갖는 영역(정방 영역 및 회전 개구부(104a))의 집합이다.

그러므로, 상술한 바와 같이 배열된 개구부(104a 및 104a')를 갖는 상부 도전층(104)을 포함하는 액정 표시 장치의 액정층(30)에 전압이 인가될 때, 각 개구부(104a)에서의 영역 A, 개구부(104a 및 104a')에 의해 둘러싸인 영역 C(상부 도전층(104)의 코너가 아닌 측면을 포함하는 영역)에서 뿐만 아니라, 개구부(104a)에 의해 둘러싸인 영역 B, 및 영역 D(상부 도전층(104)의 코너를 포함하는 영역)에서, 방사상 경사 배향이 액정층(30)에 의해 취해진다. 결과적으로, 본 제5 실시예의 액정 표시 장치에 있어서, 전압 인가시에 방사상 경사 배향을 취하는 총 면적은, 제2 실시예의 액정 표시 장치(900)보다도 넓게 되어, 비균일 또는 잔상이 없는 고 품위의 표시를 실현할 수 있다.

도 61, 도 62 및 도 63에 있어서는, 상부 도전층(104)의 엣지에 형성한 개구부(104a')의 형상은 개구부(104a)의 4분의 3, 2분의 1 혹은 4분의 1로 하였다. 그러나, 화소 피치 및 상부 도전층(104)의 크기에 따라 도시한 바와 같이 개구부(104a')를 배치할 수 있다고는 한하지 않는다. 이러한 경우, 전압 인가시에 상부 도전층(104)의 엣지부의 액정층(30)이 안정된 방사상 경사 배향을 가지면, 상부 도전층(104)의 엣지에 형성한 개구부(104a')의 형상은, 개구부(104a)의 4분의 3, 2분의 1 혹은 4분의 1이 아니더라도 상관없고, 개구부(104a')의 중심을 회전 대칭을 갖는 위치에서 변이될 수 있다.

또한, 상부 도전층(104)의 각 측면 및 각 코너를 따라 개구부(104a')를 제공할 필요는 없다. 특히, 광을 투과하지 않은 버스선(신호선이나 주사선)과 같은 구성 요소상에 위치하는 상부 도전층(104)의 측면 및 코너에 개구부(104a')가 형성되지 않더라도, 제2 실시예의 액정 표시 장치(900)의 표시 품위를 대폭 향상할 수가 있다.

제1 및 제2 실시예의 투과형 액정 표시 장치와 같이, 개구부(104a) 내에 위치하는 액정층(30)에 인가되는 전압의, 감광성 수지층(103)에 의한 전압 강하를 억제하기 위해서, 도 34a 내지 도 34c 및 도 35을 참조하면서 설명한 바와 같이, 일부의 개구부(104a) 내에 위치하는 감광성 수지층(103)에 오목부 또는 구멍이 제공될 수 있다.

본 실시예에서는, 투과형 액정 표시 장치를 예시하였다. 그러나, 상술한 개구부(104a 및 104a')의 배치는 물론 투과 반사형 액정 표시 장치에 적용할 수가 있다. 이 경우, 제3 실시예및 4의 투과 반사형 액정 표시 장치와 같이, 감광성 수지층(103)에 의한 전압 강하를 억제하기 위해서, 일부의 개구부(104a) 내에 위치하는 감광성 수지층(103)에 오목부 또는 구멍이 제공될 수 있다.

제6 실시예

제6 실시예의 투과형 액정 표시 장치의 화소 전극(상부 도전층)은, 제5 실시예와는 다른 배치 형태의 개구부(104a)를 포함하여, 상부 도전층의 엣지부에 액정층(30)의 방사상 경사 배향을 안정화하고 있다. 제6 실시예의 액정 표시 장치는 상부 도전층(104)의 개구부의 배치가 다른 것을 제외하고는 제2 실시예및 제5 실시예의 액정 표시 장치와 실질적으로 동일 구성을 갖는다. 공통 구성요소에 대해서는 이하 더 설명하지 않는다.

도 64는 제6 실시예의 액정 표시 장치의 상부 도전층(104)의 일부를 도시한다. 제6 실시예의 상부 도전층(104)의 구조와 액정층(30)에 전압 인가 시의 액정 분자의 동작이 도 64를 참조하여 설명한다. 도 64에 도시한 바와 같이, 상부 도전층(104)의 개구부(104a)는 격자점에 위치하는 4개(2 ×2)의 개구부(104a)가 회전 대칭성을 갖도록 정방형 격자로 배열되고 있다. 또한, 이들 개구부(104a)중, 상부 도전층(104)의 엣지에 가장 가까운 개구부(104a)가, 상부 도전층(104)의 외측에 설치된 가상 개구부(104a'')(실제로는 존재하지 않는다)와 함께 정방형 격자를 형성하며, 그 가상 개구부(104a'')의 엣지가 상부 도전층(104)의 엣지에 중첩되도록 배열되어 있다.

즉, 상부 도전층(104)의 외측의 도전층이 형성되고 있지 않은 영역을 개구부로 간주될 때, 상부 도전층(104)에 형성되고 있는 개구부(104a)와 함께 회전 대칭성을 갖는 배치(본 실시예에서는 정방형 격자)로 개구부(104a'')가 배열되어 있다. 제5 실시예에 있어서의 개구부(104a 와 104a'를 포함)의 배치와의 차이점은, 상부 도전층(104)에 제공되는 개구부 모두가 동일 형상(바람직하게는 회전 대칭성을 갖는 형상(본 실시예에서는 원형))을 갖고 있는 점이다.

상부 도전층(104)을 갖는 액정 표시 장치의 액정층(30)에 전압을 상술한 바와 같이 인가하면, 상부 도전층(104)의 개구부(104a)(영역 A)의 액정층(30)이 빠르게 안정된 방사상 경사 배향을 취한다. 또한, 개구부(104a)는 각 격자점에 위치하는 4개(2 ×2)의 개구부(104a)가 회전 대칭성을 갖도록 정방형 격자로 배열된다. 그러므로, 개구부(104a)의 사이 영역(영역 B)에 위치하는 액정층(30)도 안정된 방사상 경사 배향을 취한다. 또한, 상부 도전층(104)의 엣지부 근방의 영역 C( 상부 도전층(104)의 근처를 포함하는 영역)에서는, 정방형 격자의 3개의 격자 지점에 위치하는 세개의 개구부(104a)와, 엣지가 상부 도전층(104)의 엣지와 중첩되는 정방형 격자의 다른 격자 지점에 위치하는 가상 개구부(104a'')(도전층이 없는 영역)에 의해, 액정층(30)은 안정된 방사상 경사 배향을 취한다. 또한, 상부 도전층(104)의 코너를 포함하는 영역 D에서는, 상부 도전층(104)의 코너에 가장 가까운 위치에 있는 2개의 개구부(104a)와, 엣지가 상부 도전층(104)의 엣지와 중첩되는 2개의 가상 개구부(104a'')(도전층이 없는 영역)에 의해, 액정층(30)은 안정된 방사상 경사 배향을 취한다.

도 64에 있어서는, 격자점에 위치하는 각각의 가상 개구부(104a'')의 엣지가 상부 도전층(104)의 측면과 중첩되도록 개구부(104a)가 제공된다. 그러나, 화소 피치 및 상부 도전층(104)의 크기에 따라 도시한 바와 같이 개구부(104a)를 배치하는 것이 가능하지 않을 수 있다. 이러한 경우, 전압 인가시에 상부 도전층(104)의 엣지부의 액정층(30)이 안정된 방사상 경사 배향을 가지면, 가상 개구부(104a'')의 엣지가 상부 도전층(104)의 엣지로부터 어긋난 위치에서 정방형 격자를 형성하도록 개구부(104a)가 대안적으로 제공될 수 있다.

도 65는 도 64에 예시된 것에 대한 대안적인 배치를 도시한다. 도 65에 도시한 상부 도전층(104)은, 도 64의 상부 도전층(104)과 같이, 격자점에 위치하는 각각의 가상 개구부(104a'')의 엣지가 상부 도전층(104)의 엣지와 중첩되도록 형성되어 있다. 그러나, 상부 도전층(104)의 엣지에 가장 가까운 각각의 개구부(104a)가 도 64에서의 다른 개구부(104a)와 같이 회전 대칭성을 갖는 형상을 갖는 반면, 도 65에 있어서는, 상부 도전층(104)의 엣지에 가장 가까운 각각의 개구부(104a')는, 다른 개구부(104a)의 형상으로부터 일부를 제거함으로써 얻어진 형상을 갖고 있다. 또, 또 다른 개구부(104a)의 형상으로부터 일부를 제거함으로써 얻어진 형상을 갖는 개구부(104a')의 중심은 제5 실시예의 상부 도전층(104)이 갖는 개구부(104a')(예를 들면 도 61 참조)와는 달리, 상부 도전층(104)의 엣지로부터 내측에 위치하고 있다.

도 65에 도시한 바와 같이 개구부(104a 및 104a')가 배치될 때, 도 64를 참조하면서 상술한 배치와 같이, 전압 인가시에, 상부 도전층(104)의 엣지부(영역 C 및 영역 D)의 액정층(30)은 안정된 방사상 경사 배향을 취한다. 또한, 상술한 바와 같이, 전압 인가시에 상부 도전층(104)의 엣지부의 액정층(30)이 안정된 방사상 경사 배향을 가지면, 가상 개구부(104a'')의 엣지가 상부 도전층(104)의 엣지로부터 어긋난 위치에서 정방형 격자를 형성하도록 개구부(104a)가 배치될 수 있다.

제7 실시예

제7 실시예의 투과형 액정 표시 장치(1200)는, 제2 실시예의 투과형 액정 표시 장치(900)와는 달리, 상부 도전층(103)을 하부 도전층(102)에 전기적으로 접속하기 위한 컨택트홀(117a)이 개구부(104a)의 배열에 의해 형성된 정방형 격자의 격자점에 제공된다.

제7 실시예의 액정 표시 장치(1200)의 구조 및 동작을 설명하기 전에, 제2 실시예의 액정 표시 장치(900)의 결점이 설명된다. 그러나, 이들 결점은 액정 표시 장치의 용도에 따라 임의의 문제를 유발하지 않을 수 있다.

도 53에 도시한 바와 같이, 제2 실시예의 액정 표시 장치(900)의 상부 도전층(104)에 있어서, 비교적 복수의 비교적 작은 개구부(104a)가, 정방형 격자의 각 격자점에 위치하는 4개(2 ×2)의 개구부(104a)가 회전 대칭성을 갖도록 화소 전극(105)의 전체에 걸쳐 정방형 격자로 배열되어 있다. 그러므로, 액정층(30)에 전압을 인가하면, 상부 도전층(104)이 갖는 개구부(104a) 내에 위치하는 액정층(30)이 빠르게 안정된 방사상 경사 배향을 취한다. 또한, 정방형 격자의 각 격자점에 위치하는 4개(2 ×2)의 개구부(104a)에 둘러싸이는 영역에서는, 액정층(30)에 전압을 인가하면, 4개의 격자점에 의해 규정된 정방형의 두 대각선의 교점에 근처에 안정된 방사상 경사 배향이 얻어진다.

그러나, 컨택트 홀(107a)과 중첩되도록 개구부(104a)를 형성하면, 하부 도전층(102)과 상부 도전층(104)과의 전기적 접속이 이 부분에서 행해질 수 없다. 그러므로, 컨택트 홀(107a)의 주변부의 상부 도전층(104) 영역에서 개구부(104a)를 정방형 격자로 배열하는 것이 곤란하다. 따라서, 컨택트 홀(107a)의 주변에서는, 경사 전계가 양호하지 않은 대칭성(전계의 방향 및 강도의 분포의 대칭성)을 가짐으로써, 안정된 배향 상태가 얻어지지 않는다. 그 결과, 비균일한 표시 및 잔상이 표시될 수 있어서, 표시 품위가 저하될 수 있다.

이러한 결점은, 예를 들어 제2 실시예와 같이 백 라이트로부터의 광이 차단되는 보조 용량선(119)에 대응하는 영역에 컨택트 홀(107a)을 형성함으로써, 컨택트 홀(107a)의 주변의, 액정 분자의 경사 방향이 안정되지 않은 영역을 거의 보여질 수 없게 하도록 어느 정도 해결할 수 있다. 그러나, 이러한 영역이 광 투과부에 일부에서도 존재하는 한, 표시 품위에 대하여 어느 정도 악영향을 끼친다. 여기서, 도 53에 도시된 컨택트 홀(107a) 주변의 액정 분자의 경사 방향이 안정되지 않은 영역을 완전히 차광하는 것도 또 다른 해결책이다. 그러나, 이는 개구율을 저하시키기 때문에 바람직하지 못하다.

이와 반대로, 제7 실시예의 액정 표시 장치(1200)에서는, 도 66 및 도 67에 예시된 바와 같이, 개구부(104a)가 화소 전극(105)의 전체에 걸쳐 정방형 격자로 배열되고, 컨택트 홀(117a)이 그 정방형 격자의 격자점의 위치에 제공되고 있다. 제7 실시예의 액정 표시 장치(1200)의 구조와 동작이 이들 그림을 참조하여 설명한다. 또, 이하의 설명에서는, 액정 표시 장치(1200)의 구성 요소중, 제2 실시예의 액정 표시 장치(900)의 구성 요소와 실질적으로 동일 기능을 갖는 액정 표시 장치(1200)의 구성 요소는 동일 참조 부호로 도시하여, 그 설명을 생략한다. 액정 표시 장치(1200)는 액정 표시 장치(900)와 실질적으로 동일 프로세스로 제조할 수가 있다.

도 66 및 도 67에 도시한 바와 같이, 개구부(104a)는 화소 전극(105)의 전체에 걸쳐 정방형 격자로 배열되고, 컨택트 홀(117a)은 정방형 격자의 격자점의 위치에 형성되어 있다. 또한, 기억 용량선(119)상의 백 라이트로부터의 광이 투과하지않은 영역에도, 상부 도전층(104)의 개구부(104a)가 각 격자점에 형성되어 있다. 그러므로, 액정층(30)에 전압을 인가하면, 상부 도전층(104)이 갖는 개구부(104a) 내에 위치하는 액정층(30)이 빠르게 안정된 방사상 경사 배향을 취한다. 컨택트 홀(117a) 상에 위치하는 액정층(30)도 빠르게 안정된 방사상 경사 배향을 취한다. 이것은, 컨택트 홀(117a)이 도 58에 도시한 제4 실시예의 투과 반사형 액정 표시 장치(1100)에서의 감광성 수지층(103)에 형성된 오목부(103b)와 같이 기능하기 때문이다.

또한, 개구부(104a)는 정방형 격자의 각 격자점에 위치하는 4개(2 ×2)의 개구부(104a)의 각 세트가 회전 대칭성을 갖도록 정방형 격자로 배열되어 있기 때문에, 개구부(104a)의 사이에 위치하는 액정층(30)도 안정된 방사상 경사 배향을 취한다. 또한, 컨택트 홀(117a)과 개구부(104a)는 정방형 격자의 각 격자점에 위치하는 4개(2 ×2)의 개구부(104a)의 각 세트와 컨택트 홀(117a)이 회전 대칭성을 갖 도록 정방형 격자로 배열되어 있기 때문에, 컨택트 홀(117a)과 개구부(104a)와의 사이에 위치하는 컨택트 홀(117a) 근방의 액정층(30)도 안정된 방사상 경사 배향을 취한다.

상술한 바와 같이, 제7 실시예의 액정 표시 장치(1200)에서는, 제2 실시예의 액정 표시 장치(900)에서 보여진 바와 같이 컨택트 홀(107a)의 주변에서의 액정 분자의 경사 방향이 안정되지 않은 영역을 제거할 수 있다. 그래서, 표시 균일성 또는 잔상이 관측되지 않는 표시 품위가 양호한 액정 표시 장치를 얻을 수 있다.

여기서, 도 66에 도시한 바와 같이, 컨택트 홀(117a)과 개구부(104a)가 동일한 방식으로 액정 분자에 작용하도록, 컨택트 홀(117a)의 크기는 개구부(104a)의 크기와 동일한 것이 바람직하다. 특히, 컨택트 홀(117a)과 개구부(104a)가 동일 크기 및 동일 형상을 갖고 있으면, 컨택트 홀(117a)의 주변부 영역의 배향 안정성이 특히 우수한 액정 표시 장치를 얻을 수 있다. 단지, 화소 피치 및/또는 구조상의 제약으로 인해, 컨택트 홀(117a)과 개구부(104a)를 동일 크기 및 동일 형상으로 제공하는 것이 곤란한 경우라도, 컨택트 홀(117a)과 개구부(104a)가 회전 대칭성을 갖도록(전형적으로는 예시한 바와 같이 정방형 격자)하는 배열로 배열함으로써, 컨택트 홀(117a)의 주변의 액정층의 배향을 충분히 안정화할 수 있다.

물론, 본 실시예로 예시한 구성은, 투과 반사형 액정 표시 장치에 적용하는 것도 가능하고, 이전의 실시예와 적절하게 조합할 수 있다.

본 발명에 의한 액정 표시 장치의 몇개의 실시예를 설명하였다. 본 발명의 제1 내지 제5 실시예에 예시된 각각의 액정 표시 장치가 이들 임의의 실시예에 따라 실현될 수 있다.

도 35의 액정 표시 장치(600)의 예시적인 특정 구조가 이하 설명된다. 특히, 오목부(513r)를 포함하는 유전체층(13)의 구조 및 그 바람직한 형성 방법이 설명된다.

제8 실시예

도 68은 본 제8 실시예의 투과형 액정 표시 장치(1500)의 평면도이며, 도 69는 도 68의 69A-69A'선을 따라 자른 단면도이다.

액정 표시 장치(1500)는 TFT 기판(1500a)과, 대향 기판(1500b)과, 이들 사이에 배치된 수직 배향 액정층(530)을 포함한다. 매트릭스 패턴으로 배열된 복수의 화소 영역의 각각은, 화소 전극(515)과 대향 전극(522) 사이에 인가되는 전압에 의해 구동된다. 화소 전극(515)은 신호 전압이 인가되는 소스선(543)에 TFT(5440를 통해 접속되어 있고, TFT(544)는 게이트선(541)으로부터 인가되는 주사 신호에 의해서 스위칭된다. 주사 신호에 의해서 턴온된 TFT(544)에 접속되고 있는 화소 전극(515)에 신호 전압이 인가된다.

화소 전극(515)은 하부 도전층(512)과, 상부 도전층(514)과, 이들 사이에 설치된 유전체층(제1 유전체층(513a) 및 제2 유전체층(예를 들면 감광성 수지층)(513b))(513)을 포함한다. 하부 도전층(512)과 상부 도전층(514)은 컨택트 홀(545)을 통해 서로 전기적으로 접속되고 있다. 상부 도전층(5140은 개구부(514a)를 포함하고, 전압 인가시에는 개구부(514a)의 엣지부에 경사 전계가 발생된다. 게이트선(541), 소스선(543), 및 기억 용량선(542)에 의해 둘러싸인 각 영역에 4개의 개구부(514a)가 제공된다. 각각의 화소 영역에 8개의 개구부(514a)가 제공된다.

기억 용량선(542)은 화소 영역의 거의 중앙 부근을 통과하는 게이트 배선(541)과 평행하게 연장되도록 형성되어 있다. 기억 용량선(542)은 게이트 절연층(546)을 통해 기억 용량선(542)에 대향하는 하부 도전층(512)과 함께 기억 용량을 형성한다. 기억 용량은 화소 용량의 유지율을 향상시키기 위해서 설치된다. 물론, 기억 용량이 생략될 수 있고, 기억 용량의 구조가 상기한 예에 한정되지 않는다.

액정 표시 장치(1500)에 있어서, 하부 도전층(512) 상에 설치되고 있는 유전체층(513)은 제1 유전체층(513a)과 제2 유전체층(513b)을 포함한다. 제1 유전체층("보호층"으로서 또한 지칭됨)(513a)의, 후에 형성되는 상부 도전층(514)에 패터닝되는 개구부(514a)에 대향하는 영역에, 개구부(514a)와 마찬가지의 형상의 개구부(513a')가 형성되어 있다. 제1 유전체층(513a)상에, 예를 들면 감광성 수지를 도포함으로써, 제2 유전체층(513b)이 형성되고 있다. 개구부(513a')를 갖는 제1 유전체층(513a) 상에 제2 유전체층(513b)을 제공하는 단계에서, 제1 유전체층(513a)의 제1 개구부(513a')에 제2 유전체층(513b)의 재료(예를 들면 감광성 수지)가 저하하여, 제1 개구부(513a')와 자기 정합적으로 오목부(513r)를 형성한다. 감광성 수지 재료를 제1 유전체층(513a) 상에 도포하는 방법은, 도포법에 한정되는 것이 아니라, 예를 들면 인쇄법을 대안적으로 이용할 수 있다. 제2 유전체층에 컨택트 홀을 형성하는 관점에서, 감광성 수지를 이용하는 것이 바람직하며, 이 경우 공정을 간략화할 수 있다. 그러나, 사용될 재료가 국한되는 것은 아니다. 대안적으로, SiOx나 SiNx와 같은 무기 절연 재료가 박막 피착법을 이용하여 피착될 수 있다. 제1 유전체층(513a)에 제1 개구부(513a')에 의해 제공된 표면 단차(표면의 높이의 차)를 반영하는 방식으로 절연 재료가 도포될 수 있는 한, 재료나 도포 방법에 특히 제한은 없다.

오목부(513r)의 깊이는 제1 유전체층(513a)의 두께, 및 제2 유전체층(513b)로 되는 감광성 수지의 점도 및 도포 조건을 조절함으로써 제어될 수 있다. 그러므로, 감광성 수지층의 노광시 사용된 광량을 조정함으로써, 오목부(513r)의 깊이가 조절되는 방법과 비교할 때 생산성 및 재현성의 관점에서 우수하다.

도 69에 도시한 액정 표시 장치(1500)에서는, 제1 유전체층(513a)에 설치한 개구부(513a')에 의해서, 제2 유전체층(513b)의 오목부(513r)를 형성하였지만, 그렇지 않고 도 70에 도시하는 액정 표시 장치(1500')와 같이, 하부 도전층(512)의 아래에 설치되는 게이트 절연막(546)에, 상부 도전층(514)의 개구부(514a)에 대응하는 영역에 개구부(546a)를 형성하더라도 좋다. 하부 도전층(512)은, 예를 들면, 도시한 바와 같이, 게이트 절연막(546)의 개구부(546a)를 적어도 덮도록 형성된다. 게이트 절연막(546)에도 개구부(546a)를 형성함으로써, 제1 유전체층(513a)를 두껍게 하지 않고, 오목부(513r)를 깊게 할 수가 있다.

또한, 도 71에 도시한 액정 표시 장치(1500'')와 같이, 제1 유전체층(513a)을 하부 도전층(512)의 아래에 형성하더라도 좋다. 이러한 구성을 채용하면, 게이트 절연층(546)의 개구부(546a)와 제1 유전체층(513a)의 제1 개구부(513a')를 일회의 포토리소그라피만으로 일괄하여 형성하는 것이 가능해져, 생산 효율이 향상한다. 물론, 게이트 절연층(546) 및 제1 유전체층(513a)을 동일한 에칭제를 이용하여 에칭할 수 있도록 재료를 선정하는 것이 바람직하다.

다음에, 상술한 액정 표시 장치(1500, 1500' 및 1500'')의 제조 방법을 설명한다.

도 72a 내지 도 72e는 액정 표시 장치(1500)의 TFT 기판(1500a)의 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.

도 72a에 도시한 바와 같이, 절연성 투명 기판(예를 들면, 유리 기판)(511)상에, 필요에 따라서, 베이스코트막으로서 Ta₂O₅, SiO₂등으로 이루어지는 절연층(도시되지 않음)을 형성한다. 그 후, A1, Mo, Ta 등으로 이루어지는 금속층을 스퍼터링법으로 형성하고 패터닝함으로써 게이트 전극(548)(게이트 신호선(541)도 포함함)을 형성한다. 여기서는, Ta를 이용하여 게이트 전극(548)을 형성한다. 이 때, 보조 용량 신호선(542)을 동일 재료를 이용하여 동일 공정에서 형성한다. 다음에, 게이트 전극(548)을 덮도록, 기판(511)의 표면의 거의 전면에 게이트 절연층(546)을 형성한다. 여기서는, 두께 약 300nm의 SiNx 막을 p-CVD법에 의해 피착하여, 게이트 절연층(546)을 형성한다. 또, 게이트 전극(548)을 양극 산화하여, 이 게이트 양극 산화막(549)을 게이트 절연층으로서 이용할 수도 있다. 물론, 양극 산화막과 SiNx 등의 절연층을 구비하는 2층 구조로 해도 좋다.

게이트 절연층(546)상에, 채널층(550) 및 전극 컨택트층(551)이 되는 2개의 Si 층을 연속하여 CVD법으로 피착한다. 채널층(550)에는 두께 약 150nm의 비정질 Si 층을 이용하고, 전극 컨택트층(551)에는 두께 약 50nm의 인 등의 불순물을 도핑한 비정질 Si 또는 미결정 Si 층을 이용한다. 이들의 Si 층을 HCl + SF₆의 혼합 가스에의한 드라이 에칭법 등에 의해 패터닝함으로써, 채널층(550) 및 전극 컨택트층(551)을 형성한다.

그 후, 도 72b에 도시한 바와 같이, 하부 도전층(512)을 구성하는 투명 도전막(ITO)을 스퍼터링법에 의해 약 150nm 피착한다. 계속해서, Al, Mo, Ta 등으로 이루어지는 금속막을 적층한다. 여기서는, Ta를 이용한다. 이들 금속층을 패터닝함으로써, 소스 신호선(543),소스 전극(552) 및 드레인 전극(553)을 형성한다. 계속해서, 투명 도전막을 패터닝하여, 하부 도전층(512)을 형성한다. 그리고, 드라이 에칭법에 의해, 전극 컨택트층(551)을 패터닝하여 박막 트랜지스터(TFT)의 채널부를 형성한다.

다음에, 도 72c에 도시한 바와 같이, SiNx 등으로 이루어지는 절연막을 CVD법으로써 약 600nm 피착한 후, 패터닝함으로써 제1 유전체층(보호층)(513a)를 형성한다. 패터닝 시에, 후속 공정으로 형성하는 개구부(514a)와 대향하는 위치에 제1개구부(513a')를 형성한다. 또한, 하부 도전층(512)과 상부 도전층(514)을 전기적으로 접속하기 위한 콘택트 홀(545)도 보조 용량 배선(542)상에 동시에 형성한다.

다음에, 도 72d에 도시한 바와 같이, 이 제1 유전체층(513a) 상에 제2 유전체층(513b)이 되는 감광성 수지를 도포한다. 이 때에, 먼저 형성한 제1 개구부(513a')에 감광성 수지가 낙하(유입)함으로써, 개구부(513a)에 대하여 자기 정합적으로 오목부(513r)가 형성된 제2 유전체층(513b)이 얻어진다. 제2 유전체층(513b)의 감광성 수지를 노광 및 현상함으로써, 하부 도전층(512)과 상부 도전층(514)을 전기적으로 접속하기 위한 컨택트홀(545)을 형성한다. 감광성 수지층은, 예를 들면, 포지티브형 감광성 수지(JSR 사제의 아크릴 수지: 비유전률 3.7)을 이용하고, 약 1.5㎛의 두께로 형성된다. 이 때, 감광성 수지의 점도 및 도포 조건을 조정함으로써, 오목부(513r)의 깊이를 조정할 수가 있다. 또, 감광성이 없는 수지를 이용하여, 별도 포토레지스트를 이용하는 포토리소그래피공정으로, 제2 유전체층(513b)을 형성하더라도 좋다.

다음에, 도 72e에 도시한 바와 같이, 제2 유전체층(513b)상에, 상부 도전층(514)을 구성하는 투명 도전막(ITO)을 스퍼터링법에 의해 약 100nm의 두께로 적층한다. 이 후, 통상의 방법에 따라서 투명 도전막을 패터닝하여, 개구부(514a)를 갖는 상부 도전층(514)을 형성한다.

이와 같이 하여, ITO 층으로 이루어지는 하부 도전층(512)과, ITO 층으로 이루어지는 상부 도전층(514)과, 이들의 사이에 있는 유전체층(513)으로 구성되는 2층 구조의 화소 전극을 구비하는 TFT 기판(1500a)이 얻어진다.

여기서는, 상부 도전층(514)과 하부 도전층(512)의 사이에 끼워진 유전체층(513)은 제1 유전체층(513a)과 제2 유전체층(513b)의 2층으로 형성되어 있지만, 그럴 필요는 없고, 또 다른 층을 포함하더라도 좋다. 유전체층(513)을 형성하는 재료의 종류나 층 수에 제한은 없다. 광의 이용 효율이 저하하지 않도록, 투명성이 높은 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 또한, 제2 유전체층(513b)을 감광성 수지를 이용하여 형성하면, 컨택트홀(545)을 형성하는 공정을 간략화할 수 있다는 이점이 얻어진다. 제1 개구부(513a')를 갖는 제1 유전체층(513a)의 두께는, 제2 유전체층을 형성하는 재료의 점도나 도포 조건과 동시에, 오목부(513r)의 깊이에 영향을 주기 때문에, 소정의 깊이가 얻어지도록 조정될 수 있다.

한편, 대향 기판(1500b)은, 컬러 필터 기판(521)상에, 예를 들면, 스퍼터링법을 이용하여 ITO로 이루어지는 대향 전극(522)을 형성함으로써 얻어진다. 그리고, 마지막으로, 수직 배향막의 형성 공정, 대향 기판과의 접합 공정, 및 마이너스의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 재료의 주입 공정 등을 통해, 액정 표시 장치(1500)가 얻어진다. 이들의 공정은, 공지의 방법으로 실행된다.

다음에, 도 70에 도시한 액정 표시 장치(1500')의 제조 방법을 설명한다. TFT 기판(1500a') 이외의 구성은, 도 69에 도시한 액정 표시 장치(1500)와 동일하기 때문에, 그 제조 방법의 설명은 여기서는 생략한다.

도 73a 내지 도 73e는 액정 표시 장치(1500')의 TFT 기판(1500a')의 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.

도 73a에 도시한 바와 같이, 절연성 투명 기판(예를 들면 유리 기판)(511)상에, 필요에 따라, 베이스코트막으로서 Ta₂O₅, SiO₂등 으로 이루어지는 절연층(도시되지 않음)을 형성한다. 그 후, Al, Mo, Ta 등으로 이루어지는 금속층을 스퍼터링법으로 형성하고, 패터닝함으로써 게이트 전극(548)(게이트 신호선(541)도 포함함)을 형성한다. 여기서는, Ta를 이용하여 게이트 전극(548)을 형성한다. 이 때, 보조 용량 신호선(542)을 동일 재료를 이용하여 동일 공정에서 형성한다. 다음에, 게이트 전극(548)을 덮도록 기판(511)의 표면의 거의 전면에 게이트 절연층(546)을 형성한다. 여기서는, 두께 약 300nm의 SiNx 막을 P-CVD법에 의해 피착하여, 게이트 절연층(546)을 형성한다. 이 게이트 절연층(546)을 패터닝할 때에, 개구부(514a)와 대향하는 위치에 개구부(546a)를 형성한다. 또, 게이트 전극(548)을 양극 산화하여, 이 게이트 양극 산화막(549)을 게이트 절연층으로서 이용할 수도 있다. 물론, 양극 산화막과 SiNx 등의 절연층을 구비하는 2층 구조로 하여도 좋다.

게이트 절연층(546)상에, 채널층(550) 및 전극 컨택트층(551)이 되는 Si 층을 연속하여 CVD법으로 피착한다. 채널층(550)에는 두께 약 150nm의 비정질 Si 층을 이용하고, 전극 컨택트층(551)에는 두께 약 50nm의 인 등의 불순물을 도핑한 비정질 Si 또는 미결정 Si 층을 이용한다. 이들의 Si 층을 HCl + SF₆의 혼합 가스에의한 드라이 에칭법등에 의해 패터닝함으로써, 채널층(550) 및 전극 컨택트층(551)을 형성한다.

그 후, 도 73b에 도시한 바와 같이, 하부 도전층(512)을 구성하는 투명 도전막(ITO)을 스퍼터링법에 의해 약 150nm 피착한다. 계속해서, Al, Mo, Ta 등으로 이루어지는 금속막을 적층한다. 여기서는, Ta를 이용한다. 이들의 금속층을 패터닝함으로써, 소스 신호선(543), 소스 전극(552) 및 드레인 전극(553)을 형성한다. 계속해서, 투명 도전막을 패터닝하여, 하부 도전층(512)을 형성한다. 그리고, 드라이 에칭법에 의해, 전극 콘택트층(551)을 패터닝하여 박막 트랜지스터(TFT)의 채널부를 형성한다.

다음에, 도 73c에 도시한 바와 같이, SiNx 등으로 이루어지는 절연막을 CVD법으로써 약 600nm 피착한 후, 패터닝함으로써 제1 유전체층(보호층)(513a)를 형성한다. 패터닝 시에, 게이트 절연층(546)의 개구부(546a)와 각각 대향하는 영역에 제1 개구부(513a')를 형성한다. 게이트 절연층(546)의 개구부(546a)와 제1 개구부(513a')와의 양방을 형성함으로써, 오목부(513r)를 보다 깊게 할 수가 있다. 또한, 하부 도전층(512)과 상부 도전층(514)을 전기적으로 접속하기 위한 컨택트홀(545)도 보조 용량 배선(542)상에 동시에 형성한다.

이후의 공정은, 도 73d 및 도 73e에 도시한 바와 같이, 도 72d 및 도 72e를 참조하여 설명한 것과 같이 하여, TFT 기판(1500a')이 제작된다.

다음에, 도 71에 도시한 액정 표시 장치(1500'')의 제조 방법을 설명한다. TFT 기판(1500a'') 이외의 구성은, 도 69에 도시한 액정 표시 장치(1500)와 동일하기 때문에, 그 제조 방법의 설명은 여기서는 생략한다.

도 74a 내지 도 74e는 액정 표시 장치(1500'')의 TFT 기판(1500a'')의 제조 공정을 모식적으로 도시하는 단면도이다.

도 74a에 도시한 바와 같이, 도 72a를 참조하면서 상술한 공정과 마찬가지의방법으로, 게이트 전극(548), 보조 용량 신호선(542), 게이트 절연층(546), 채널층(550) 및 전극 컨택트층(551)을 형성한다.

다음에, Al, Mo, Ta 등으로 이루어지는 금속막을 적층한다. 여기서는, Ta를 이용한다. 이들의 금속층을 패터닝함으로써, 소스 신호선(543), 소스 전극(552) 및 드레인 전극(553)을 형성한다. 그리고, 드라이 에칭법에 의해, 전극 컨택트층(551)을 패터닝하여 박막 트랜지스터(TFT)의 채널부를 형성한다.

다음에, 도 74c에 도시한 바와 같이, SiNx 등으로 이루어지는 절연막을 CVD법으로써 약 600nm 피착한 후, 제1 유전체층(513a) 및 게이트 절연층(546)을 동시에 패터닝하여, 개구부(513a') 및 개구부(546a)를 형성한다. 이 구성을 채용하면, 도 73을 참조하면서 상술한 제조 방법보다도, 포토리소그래피 공정을 삭감할 수 있다고 하는 이점이 또한 얻어진다.

다음에, 하부 도전층(512)을 구성하는 투명 도전막(ITO)을 스퍼터링법에 의해 약 150 nm 피착한 후 패터닝하여, 하부 도전층(512)을 형성한다.

이후의 공정은, 도 74d 및 도 74e에 도시한 바와 같이, 도 72d 및 도 72e를 참조하여 설명한 것과 같이 하여, TFT 기판(1500a'')이 제작된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 액정 표시 장치에 있어서의 유전체층(513)은, 제1 유전체층(513a) 및 제2 유전체층(513b)을 포함하는 적층 구조를 지니고, 개구부(513a')를 갖는 유전체층(513)의 위에, 개구부(513a')를 덮도록 제2 유전체층(513b)을 형성함으로써, 개구부(513a')에 의한 표면 단차를 반영한 표면 형상, 즉, 오목부(513r)를 얻고 있다. 따라서, 감광성 수지를 이용하여 형성된 유전체층(513)에 대하여, 노광량을 조절한 포토리소그래피 공정을 별도 실행할 필요가 없기 때문에, 공정을 간략화할 수 있게 됨과 동시에, 포토마스크의 얼라이먼트에 의한 위치 정밀도의 저하도 발생하지 않는다. 또한, 오목부(513r)의 깊이의 정밀도도 높게 된다.

게다가, 개구부(513a')가 형성되는 제1 유전체층(513)은, 일반의 TFT 기판에 있어서 보호막으로서 형성되는 막을 이용할 수 있고, 또한, 개구부(513a')의 형성은, 보호층을 패터닝하는 공정에 이용하는 마스크의 패턴을 변경하는 것만으로 좋고, 추가의 공정은 필요 없다. 또한, 게이트 절연막(546)에 개구부(546a)를 형성하는 경우에도, 공정의 추가는 필요 없다. 물론, 오목부의 깊이를 조절하기 위해서, 마찬가지의 개구부를 갖는 다른 유전체층을 추가하더라도 좋다. 특히, 상부 도전층(514)을 반사 전극으로 하는 투과 반사 겸용 액정 표시 장치를 구성하는 경우에는, 반사 영역(상부 도전층(514)에 의해서 규정되어, 반사 모드로 표시를 행하는 영역)의 액정층의 두께(도 34a의 d1에 상당)을 투과 영역(상부 도전층(514)의 개구부(514a)에서 규정되어, 투과 모드로 표시를 행하는 영역)의 액정층의 두께(도 34a의 d2에 상당)의 약 1/2로 하는 것이 바람직하며, 그 경우에는, 별도 유전체층을 추가하는 것이 바람직하다.

이와 같이, 본 실시예에 의하면, 높은 생산성으로, 또한, 재현성 좋게 제조할 수 있다. 표시 품위가 우수한 액정 표시 장치 및 그 제조 방법이 제공된다.

제9 실시예

제8 실시예의 액정 표시 장치는, 개구부(513a')를 갖는 제1 유전체층(513a)의 위에 제2 유전체층(513b)을 형성함으로써, 오목부(513r)를 갖는 유전체층(513)이 형성되어 있었다. 이와 대조적으로, 도 75에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 액정 표시 장치(1600)는, 개구부를 갖는 제1 유전체층을 포함하는 적층 구조를 형성하지 않고, 오목부(513r)를 갖는 유전체층(513')이 형성되어 있다.

도 76a 내지 도 76e를 참조하면서, 오목부(513r)를 갖는 유전체층(513')을 포함하는 액정 표시 장치(1600)의 TFT 기판(1600a)의 제조 방법을 설명한다.

도 76a 및 b에 도시한 바와 같이, 제8 실시예에 있어서 도 72a 및 b를 참조하면서 상술한 공정과 마찬가지의 방법으로, 게이트 전극(548), 보조 용량 신호선(542), 게이트 절연층(546), 채널층(550) 및 전극 컨택트층(551), 소스 신호선(543), 소스 전극(552) 및 드레인 전극(553) 및 하부 도전층(512)을 형성한다.

그 후, 도 76c에 도시한 바와 같이, 유전체층(513')이 되는 감광성 수지층을 기판의 거의 전면에 형성한다. 이 감광성 수지층에, 상부 도전층(514)과 하부 도전층(512)을 전기적으로 접속하기 위한 컨택트홀(545)을 형성한다. 감광성 수지층은, 예를 들면, 포지티브형 감광성 수지(JSR 사제의 아크릴 수지: 비유전률 3.7)을 이용하여, 약 1.5㎛의 두께로 형성된다. 또, 감광성이 없는 수지를 이용하여, 별도 포토레지스트를 이용하는 포토리소그래피 공정으로, 유전체층(513')을 형성하더라도 좋다.

다음에, 도 76d에 도시한 바와 같이, 상부 도전층(514)을 구성하는 투명 도전막(ITO)을 스퍼터링법에 의해 약 100nm의 두께로 적층한다. 이 후, 통상의 방법에 따라서 투명 도전막을 패터닝하여, 개구부(514a)를 갖는 상부 도전층(514)을 형성한다.

다음에, 도 76e에 도시한 바와 같이, 상부 도전층(514)을 마스크로 하여, 예를 들면, CF₄+ O₂가스를 이용하여 드라이 에칭함으로써, 상부 도전층(514)의 개구부(514a) 내의 유전체층(513')을 부분적으로(두께 방향) 제거함으로써, 오목부(513r)를 형성한다. 오목부(513r)의 깊이는 에칭 조건(예를 들면, 시간)을 조정함으로써 제어된다.

상술한 바와 같이, 본 실시예의 액정 표시 장치에 있어서의 유전체층(513')의 오목부(513r)는, 상부 도전층(514)을 마스크로 하여, 유전체층(513')을 부분적으로 제거함으로써 형성되어 있다. 따라서, 감광성 수지를 이용하여 형성된 유전체층(513)에 대하여, 노광량을 조절한 포토리소그래피 공정을 별도 실행할 필요가 없기 때문에, 공정을 간략화할 수 있게 됨과 동시에, 포토마스크의 얼라이먼트에 의한 위치 정밀도의 저하도 발생하지 않는다. 또한, 오목부(513r)의 깊이의 정밀도도 높게 된다.

또한, 유전체층의 화학적 내성이라는 관점에서도 프로세스 마진이 증가한다고 하는 이점이 있다. 종래와 같이, 유전체층(513)에 오목부를 형성한 후에, 상부 도전층(514)및 개구부(514a)를 형성하는 공정을 실행하는 경우, 상부 도전층(514)을 패터닝하기 위해서 이용한 레지스트를 박리하는 공정에서, 유전체층(513)을 형성하는 아크릴계 수지 등은, 레지스트 박리액(특히, 아민계 박리액)에 대한 내성이높지 않기 때문에, 오목부(513r)에서, 부유나 박리가 생기지 않도록 프로세스 조건을 제어할 필요가 있다. 이에 대하여, 본 실시예의 형성 방법에 의하면, 상부 도전층(514)을 패터닝하여, 개구부(514a)를 형성한 후에, 유전체층(513)에 오목부(513r)를 형성하기 때문에, 상부 도전층(514)의 패터닝에 이용한 레지스트를 박리하는 공정에서는, 유전체층(513)에 오목부(513r)가 형성되어 있지 않기 때문에, 레지스트 박리액에 의한 손상을 받기 어렵고, 프로세스 마진이 넓어진다.

본 실시예에 의한 오목부(513r)의 형성 방법은, 제8 실시예에 예시한 오목부(513r)의 형성 방법과 조합하여 이용할 수도 있다. 특히, 상부 도전층(514)을 반사 전극으로 하는 투과 반사 겸용 액정 표시 장치를 구성하는 경우에, 반사 영역의 액정층의 두께와 투과 영역의 액정층의 두께를 조정하기 위해서, 깊은 오목부(513r)가 요구되는 경우에, 유효하다. 또한, 반사 전극(상부 도전층(514))을 Al을 이용하여 형성한 경우에도, 예를 들면, CF₄+ O₂가스를 이용하여 드라이 에칭함으로써, 상부 도전층(514)의 개구부(514a) 내의 유전체층(513')을 부분적으로 제거할 수가 있다. 또한, 유전체층(513')을 제거하는 공정은, 드라이 에칭법 외에, 예를 들면, O₂애싱법(ashing method)을 이용하여 실행할 수가 있다.

제8 실시예 및 9의 액정 표시 장치에서는, 유전체층은, 상부 도전층에 대응하는 영역에 오목부(유전체층의 높이가 낮은 영역)을 갖고 있기 때문에, 인가 전압과 리타데이션과의 관계를 화소 영역내의 장소에서 균일하게 할 수가 있어, 고 품위의 표시가 가능한 액정 표시 장치가 제공된다. 특히, 표면이 평탄한 유전체층을 갖는 투과형 표시 장치와 비교하여, 상부 도전층의 개구부에 대응하는 영역의 액정층에 인가되는 전압의 저하에 의한 투과율의 감소(광의 이용 효율의 저하)가 억제되는 이점이 있다.

또한, 본 실시예에 의하면, 유전체층의 오목부를 재현성 좋고 간편한 제조 프로세스로 형성할 수 있기 때문에, 상술한 표시 품위가 우수한 액정 표시 장치를 높은 생산성으로 제조할 수 있다.

본 발명에 의하면, 개구부를 갖는 상부 도전층과, 유전체층과, 하부 도전층을 구비하는 2층 구조 전극에 의해서, 상부 도전층의 개구부의 엣지부에 경사 전계를 생성하여, 그에 의하여 수직 배향성 액정층의 액정 분자를 방사상 경사 배향시키기 때문에, 안정적으로 재현성 좋은 방사상 경사 배향을 형성할 수가 있다. 따라서, 본 발명에 의하면 표시 품위가 높은 액정 표시 장치가 제공된다.

특히, 상부 도전층이 복수의 개구부를 갖는 구성을 채용하면, 화소 영역 전체에 걸쳐 안정된 방사상 경사 배향이 얻어짐과 함께, 응답 속도의 저하가 억제된 액정 표시 장치가 제공된다.

또한, 2층 구조 전극(제1 배향-규제 구조)를 갖는 기판과 액정층을 사이에 두고 대향하는 기판에 제2 배향-규제 구조를 설치한 구성을 채용하면, 방사상 경사 배향을 더 안정화한 액정 표시 장치가 제공된다. 배향을 안정화하는 효과는, 2층 구조 전극 상부 도전층의 개구부내에 볼록부를 갖는 구성을 채용함으로써도 얻어진다.

또한, 상부 도전층의 개구부에 대응하는 유전체층에 오목부 또는 구멍을 갖는 구성에 있어서, 상부 도전층을 반사 전극으로 하고, 하부 도전층을 투명 전극으로 하는 구성을 채용하면, 투과 모드의 표시 특성과 반사 모드의 표시 특성이 각각 최적화된 투과 반사 겸용 액정 표시 장치가 제공된다.

Claims

액정 표시 장치에 있어서,

제1 기판, 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 제공된 액정층; 및

제1 기판의 액정층측에 제공된 제1 전극 및 상기 액정층을 사이에 두고 상기 제1 전극에 대향하도록 상기 제2 기판 상에 제공된 제2 전극에 의해 각각 정의되는 복수의 화소(picture element) 영역

을 포함하며,

상기 복수의 화소 영역 각각에서 상기 액정층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전압이 인가되지 않은 상태에서 수직 배향을 취하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전압에 따라 그 배향이 변하며,

상기 제1 전극은 하부 도전층, 상기 하부 도전층의 적어도 일부를 덮는 유전체층, 및 상기 유전체층의 액정층측에 제공된 상부 도전층을 포함하고,

상기 상부 도전층은 적어도 하나의 제1 개구부를 포함하고, 상기 하부 도전층은 상기 유전체층을 통해 상기 적어도 하나의 제1 개구부의 적어도 일부에 대향하도록 제공되며,

상기 제1 전극과 상기 제2 전극간에 인가된 전압에 대응하여, 상기 액정층에, 상기 적어도 하나의 제1 개구부에 대응하는 영역 내에 있어서 전계 강도가 저하하는 전계를 생성하고, 상기 적어도 하나의 제1 개구부에 대응하는 영역 내의 상기 액정층이 방사상 경사 배향(radially-inclined orientation)을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 하부 도전층은 상기 유전체층을 통해 상기 적어도 하나의 제1 개구부에 대향하는 영역을 포함하는 영역에 제공된 것을 특징으로 하는액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 개구부는 사각형인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 적어도 하나의 제1 개구부는 원형인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 상부 도전층의 적어도 하나의 제1 개구부는 복수의 제1 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제5항에 있어서, 상기 상부 도전층의 상기 복수의 제1 개구부는 규칙적으로 배열된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 유전체층은 상기 적어도 하나의 제1 개구부에 오목부 또는 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 하부 도전층은 상기 제1 개구부에 대향하는 영역에 제2 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 상부 도전층 및 상기 하부 도전층 중 하나는 투명 도전층이고, 상기 상부 도전층 및 상기 하부 도전층 중 다른 하나는 반사 도전층인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 상부 도전층의 상기 적어도 하나의 제1 개구부는 복수의 제1 개구부를 포함하고,

상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전압에 응답하여 복수의 액정 도메인이 형성되고, 상기 복수의 액정 도메인 각각은 상기 제1 전극에 제공된 상기 제1 개구부들 각각에 대응하는 상기 액정층에 형성되며, 방사상 경사 배향을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제10항에 있어서, 상기 제2 기판은 상기 복수의 액정 도메인 중 적어도 하나에 대응하는 영역에 배향-규제 구조를 더 포함하고, 상기 배향-규제 구조는 상기 적어도 하나의 액정 도메인 내의 액정 분자들이 적어도 인가 전압의 존재시에 방사상 경사 배향(radially-inclined orientation)을 갖도록 배향 규제력(orientation-regulating force)을 가하는 것을 특징으로 액정 표시 장치.
제11항에 있어서, 상기 배향-규제 구조는 상기 적어도 하나의 액정 도메인의 중심 근처의 영역에 대응하는 영역에 제공되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제11항에 있어서, 상기 적어도 하나의 액정 도메인에서 상기 배향-규제 구조에 의한 배향 규제의 방향이 상기 방사상 경사 배향의 방향과 일치하는 것을 액정 표시 장치.
제11항에 있어서, 상기 배향-규제 구조는 인가 전압의 부재시에도 상기 액정 분자들이 방사상 경사 배향을 갖도록 배향 규제력을 가하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제14항에 있어서, 상기 배향-규제 구조는 상기 제2 기판으로부터 상기 액정층으로 돌출한 볼록부인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제14항에 있어서, 상기 배향-규제 구조는 상기 제2 기판의 상기 액정층측에 제공되는 수평 배향력을 가진 표면을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제11항에 있어서, 상기 배향-규제 구조는 인가 전압의 존재시에 상기 액정 분자들이 방사상 경사 배향을 갖도록 배향 규제력을 가하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제17항에 있어서, 상기 배향-규제 구조는 상기 제2 전극에 제공된 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 액정층을 사이에 두고 서로 대향하도록 제공된 한 쌍의 편광판을 더 포함하고, 상기 한 쌍의 편광판은 크로스-니콜 상태(crossed-Nicoles state)로 배치된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제19항에 있어서, 상기 액정층을 사이에 두고 서로 대향하도록 제공된 한 쌍의 1/4 파장판을 더 포함하고, 상기 한 쌍의 1/4 파장판 각각은 상기 액정층과 상기 한 쌍의 편광판의 각각 사이에 제공된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제20항에 있어서, 상기 액정층을 사이에 두고 서로 대향하도록 제공된 한 쌍의 1/2 파장판을 더 포함하고, 상기 한 쌍의 1/2 파장판 각각은 상기 한 쌍의 편광판 각각과 상기 한 쌍의 1/4 파장판 각각 사이에 제공된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제20항에 있어서, 상기 한 쌍의 1/4 파장판의 지상축들(slow axes)은 서로 수직하도록 배치된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제20항에 있어서, 상기 한 쌍의 1/2 파장판의 지상축들은 서로 수직하도록 배치된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제20항에 있어서, 상기 복수의 화소 영역 각각에서의 상기 액정층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전압에 응답하여 나선형 배향을 취하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서,

제1 기판은 복수의 화소 영역 각각에 대한 액티브 소자를 더 포함하고,

제1 전극은 복수의 화소 영역 각각에 제공되고 상기 액티브 소자에 의해 스위칭되는 화소 전극이고, 제2 전극은 복수의 화소 영역에 대향하는 적어도 하나의 대향 전극인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
액정 표시 장치에 있어서,

제1 기판, 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 제공된 액정층; 및

상기 제1 기판의 상기 액정층측에 제공된 제1 전극과 상기 액정층을 사이에 두고 상기 제1 전극에 대향하도록 상기 제2 기판에 제공된 제2 전극에 의해 각각 정의된 복수의 화소 영역

을 포함하며,

상기 제1 전극은 하부 도전층, 상기 하부 도전층의 적어도 일부를 덮는 유전체층, 및 상기 유전체층의 액정층측에 제공된 상부 도전층을 포함하고,

상기 복수의 화소 영역 각각에서, 상기 상부 도전층은 복수의 개구부와 중실부(solid portion)를 가지며, 상기 액정층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 전압이 인가되어 있지 않은 때에 수직 배향 상태를 취하고, 또한, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극과의 사이에 전압이 인가된 것에 응답하여, 상기 상부 도전층의 상기 복수의 개구부의 각 엣지부에 생성된 경사 전계에 의해, 상기 복수의 개구부 또는 상기 중실부에 복수의 액정 도메인이 형성되고, 상기 복수의 액정 도메인 각각은 방사상 경사 배향 상태를 취하며, 인가된 전압에 따라 상기 복수의 액정 도메인 각각의 배향 상태가 변화함으로써 표시를 행하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제26항에 있어서, 상기 복수의 개구부의 적어도 일부는, 실질적으로 동일한 형상으로 동일한 크기를 가지며, 회전대칭성을 갖도록 배치된 적어도 하나의 단위 격자를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제27항에 있어서, 상기 복수의 개구부의 상기 적어도 일부의 개구부의 각각의 형상은 회전 대칭성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제27항에 있어서, 상기 복수의 개구부의 상기 적어도 일부의 개구부의 각각은 일반적으로 원형인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제27항에 있어서, 상기 중실부는, 각각이 상기 적어도 하나의 개구부에 의해 실질적으로 둘러싸여진 복수의 단위 중실부를 가지며, 상기 복수의 단위 중실부의 각각은 일반적으로 원형인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제26항에 있어서, 상기 복수의 화소 영역의 각각에 있어서, 상기 제1 전극의 상기 복수의 개구부의 면적의 합계는, 상기 제1 전극의 상기 중실부의 면적보다 작은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제26항에 있어서, 상기 복수의 개구부의 각각의 내측에 볼록부를 더 포함하고, 상기 볼록부의 상기 제1 기판의 면내의 단면 형상은 상기 복수의 개구부의 단면 형상과 동일하고, 상기 볼록부의 측면은 상기 액정층의 액정 분자에 대하여 상기 경사 전계에 의한 배향 규제 방향과 동일 방향의 배향 규제력을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제26항에 있어서, 상기 제1 기판은 상기 복수의 화소 영역의 각각에 제공된 액티브 소자를 더 포함하고,

상기 제1 전극은 상기 복수의 화소 영역마다 제공되고, 상기 액티브 소자에 의해 스위칭되는 화소 전극이고, 상기 제2 전극은 상기 복수의 화소 영역에 대향하는 적어도 하나의 대향 전극인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
액정 표시 장치에 있어서,

제1 기판, 제2 기판, 및 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 제공된 액정층; 및

상기 제1 기판의 상기 액정층측에 제공된 제1 전극 및 상기 액정층을 사이에 두고 상기 제1 전극에 대향하도록 상기 제2 기판 상에 제공된 제2 전극에 의해 각각 정의되는 복수의 화소 영역

을 포함하며,

상기 복수의 화소 영역 각각 내에서, 상기 액정층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 전압이 인가되지 않은 상태에서 수직 배향을 취하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 인가되는 전압에 따라 그 배향이 변하며,

상기 제1 전극은 하부 도전층, 제1 개구부를 포함하는 제1 유전체층, 상기 하부 도전층과 제1 유전층 상에 제공된 제2 유전체층 및 상기 제2 유전체층의 상기 액정층측에 제공된 상부 도전층을 포함하고,

상기 상부 도전층은 적어도 하나의 도전층 개구부를 포함하고, 상기 하부 도전층은 상기 제2 유전체층을 통해 상기 적어도 하나의 도전층 개구부의 적어도 일부에 대향하도록 제공되고, 상기 제1 개구부는 상기 도전층 개구부에 대응하도록 제공되고, 상기 제2 유전체층의 표면의 높이는 상기 상부 도전층이 제공되어 있는 영역에서 보다 상기 도전층 개구부에서 더 작은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제34항에 있어서, 상기 제1 유전체층은 상기 하부 도전층 상에 제공되고, 상기 제1 개구부는 상기 하부 도전층의 일부를 노출하도록 형성되는 것을 특징으로하는 액정 표시 장치.
제34항에 있어서, 상기 제1 유전체층은 상기 하부 도전층 아래에 제공되고, 상기 하부 도전층은 상기 제1 개구부를 덮도록 제공되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제34항에 있어서, 상기 제1 기판은 상기 하부 도전층 아래의 제3 유전체층을 더 포함하고, 상기 제3 유전체층은 상기 도전층 개구부에 대응하는 영역내에 제2 개구부를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제37항에 있어서, 상기 제1 기판은 박막 트랜지스터를 더 포함하고, 상기 제3 유전체층은 또한 상기 박막 트랜지스터의 게이트 절연막의 기능을 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
액정 표시 장치를 제조하는 방법에 있어서,

상기 액정 표시 장치는 제1 기판, 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 제공된 액정층 및 상기 제1 기판의 상기 액정층측에 제공된 제1 전극 및 상기 액정층을 사이에 두고 상기 제1 전극에 대향하도록 상기 제2 기판 상에 제공된 제2 전극에 의해 각각 정의되는 복수의 화소 영역을 포함하며,

상기 제1 전극은 하부 도전층, 제1 개구부를 포함하는 제1 유전체층, 상기 하부 도전층과 제1 유전층 상에 제공된 제2 유전체층 및 상기 제2 유전체층의 상기 액정층측에 제공된 상부 도전층을 포함하고,

상기 상부 도전층은 적어도 하나의 도전층 개구부를 포함하고, 상기 하부 도전층은 상기 제2 유전체층을 통해 상기 적어도 하나의 도전층 개구부의 적어도 일부에 대향하도록 제공되고, 상기 제1 전극을 제공하는 단계는

기판 상에 하부 도전층을 제공하는 단계;

상기 기판 상에 제1 개구부를 포함하는 제1 유전체층을 제공하는 단계;

상기 하부 도전층 및 상기 제1 유전체층 상에 상기 제2 유전체층-상기 제2 유전체층의 높이는 다른 영역에서보다 상기 제1 개구부에 대응하는 영역에서 더 낮음-을 제공하는 단계; 및

상기 제1 개구부에 대응하는 영역내의 제2 유전체층 상에 도전층 개구부를 포함하는 상부 도전층을 제공하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
제39항에 있어서, 상기 제1 유전체층은 상기 하부 도전층이 상기 제1 개구부를 통해 노출되도록 상기 하부 도전층 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
제39항에 있어서, 상기 하부 도전층은 상기 제1 유전체층의 적어도 상기 제1 개구부를 덮도록 상기 제1 유전체층 상에 제공되는 것을 특징으로 하는 액정 표시장치의 제조 방법.
제39항에 있어서, 상기 하부 도전층을 제공하는 단계 이전에, 상기 기판 상에 제2 개구부를 포함하는 제3 유전체층을 제공하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
제42항에 있어서, 상기 기판 상에 박막 트랜지스터를 제공하는 단계를 더 포함하고, 상기 제3 유전체층은 또한 상기 박막 트랜지스터의 게이트 절연막의 기능을 하도록 제공되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
액정 표시 장치를 제조하는 방법에 있어서,

상기 액정 표시 장치는 제1 기판, 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 제공된 액정층, 및 상기 제1 기판의 상기 액정층측에 제공된 제1 전극 및 상기 액정층을 사이에 두고 상기 제1 전극에 대향하도록 상기 제2 기판 상에 제공된 제2 전극에 의해 각각 정의되는 복수의 화소 영역을 포함하며,

상기 제1 전극은 하부 도전층, 상기 하부 도전층의 적어도 일부를 덮는 유전체층 및 상기 유전체층의 상기 액정층측에 제공된 상부 도전층을 포함하고,

상기 상부 도전층은 적어도 하나의 도전층 개구부를 포함하고, 상기 하부 도전층은 상기 유전체층을 통해 상기 적어도 하나의 도전층 개구부의 적어도 일부에 대향하도록 제공되며, 상기 제1 전극을 형성하는 단계는

기판 상에 하부 도전층을 형성하는 단계;

상기 하부 도전층 상에 유전체막을 형성하는 단계;

상기 유전체막 상에 도전층 개구부를 포함하는 상부 도전층을 형성하는 단계; 및

유전체층을 형성하도록 상기 상부 도전층을 마스크로 사용하여 상기 도전층 개구부에 유전체막을 부분적으로 제거하는 단계-상기 유전체층 표면의 높이는 다른 영역에서보다 상기 도전층에 대응하는 영역에서 더 작음-를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
제24항에 있어서, 상기 복수의 화소 영역 각각에서의 상기 액정층은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 인가된 전압에 응답하여 상기 액정층을 따라 트위스트 배향 상태를 취하는 미소 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.