KR100463762B1 - 액정 장치 및 그 액정 장치를 구비한 전자 기기 - Google Patents

액정 장치 및 그 액정 장치를 구비한 전자 기기 Download PDF

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세이코 엡슨 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은 액정 장치에 있어서의 개구률을 향상시킨다.
경사 전계를 이용하여, 비교차 영역의 소정 영역에 있는 액정(영역 b)을 구동하여 반사 표시 및 투과 표시를 행한다. 여기서, 전압 인가시에 영역 b를 통과하는 광은, 영역 b에 있는 액정이 구동됨으로써 차폐된다. 따라서, 제 2 기판(2b)의 영역 b에 대응하는 부분에는 차광막(22)을 마련할 필요가 없다. 이 때문에, 차광막(22)의 선폭(線幅) S1을 종래보다도 가늘게 설계할 수 있고, 개구률을 높일 수 있다.

Description

액정 장치 및 그 액정 장치를 구비한 전자 기기{LIQUID CRYSTAL DEVICE AND ELECTRONIC APPARATUS PROVIDED WITH THE SAME}
본 발명은 광을 액정에 의해 변조하여 문자, 숫자 등의 상(像)을 표시하는 액정 장치에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 그 액정 장치를 이용하여 구성되는 전자 기기에 관한 것이다.
최근, 반사형 액정 장치는 휴대 기기 등의 전자 기기의 표시부에 많이 이용되고 있다. 이러한 반사형 액정 장치는, 백라이트 등의 광원을 필요로 하지 않기 때문에, 소비 전력을 삭감할 수 있다고 하는 이점이 있지만, 광원으로서 외부 광을 이용하고 있기 때문에, 어두운 장소에서는 표시를 인식할 수 없다고 하는 문제가있었다. 이러한 배경하에서, 밝은 장소에서는 반사형 액정 장치와 마찬가지로 외부 광을 이용하고, 어두운 장소에서는 백라이트 등의 광원으로부터 출사되는 광을에 의해 표시를 인식할 수 있도록 한 반투과 반사형 액정 장치가 제공되고 있다.
도 12는 종래의 반투과 반사형 액정 장치(100)의 개략적인 구성을 도시하고 있다. 도 12에 도시하는 반투과 반사형 액정 장치(100)는, 스위칭 소자로서 TFD(Thin Film Diode) 소자를 이용한 액티브 매트릭스 방식의 액정 장치이다.
이러한 반투과 반사형 표시 장치(100)에서는, 각각 투명성 및 절연성을 갖는 상측 기판(101)과 하측 기판(102) 사이에, 액정(103)이 프레임 형상의 밀봉재(도시하지 않음)에 의해서 봉지되고, 이것에 의해 액정 셀(110)이 형성되어 있다.
여기서, 상측 기판(101)의 내면상에는, ITO 등의 투명성을 갖는 직사각형 형상의 화소 전극(111)이 복수개 형성되어 있고, TFD 소자를 거쳐서 금속 배선(도시하지 않음)에 접속되어 있다. 한편, 기판(101)의 외면상에는, 관찰측으로부터 순서대로 편광판(121), 위상차판(122)이 배치되어 있다.
또한, 하측 기판(102)의 내면상에는 반투과 반사막(131), 광을 흡수하는 블랙 매트릭스(Black Matrix) 또는 블랙 마스크(Black Mask), 즉 차광막(132), 대향 전극(135)이 순차적으로 형성되고, 하측 기판의 외면상에는 위상차판(142), 편광판(141), 백라이트(150)가 배치되어 있다. 또한, 반투과 반사형 액정 장치(100)를 구성하는 그 밖의 각 부재(예컨대, 착색층, 배향막, 보호막 등)는, 반투과 반사형 액정 장치의 표시 동작을 설명하는 데에 있어서 특히 필요가 없기 때문에, 그에 대한 도시 및 설명을 생략하고 있다.
그런데, 이러한 구성의 반투과 반사형 액정 장치(100)에 있어서, 백색 표시 상태시에 관찰측으로부터 외부 광이 입사되면, 상측 기판(101)에 화소 전극(111)이 존재하는 전극 존재 영역에 있어서는, 입사광이 광로 A로 도시하는 바와 같이 편광판(121)→위상차판(122)→상측 기판(101)→화소 전극(111)→액정층(103)→대향 전극(135)이라고 하는 경로를 통해서 반투과 반사막(131)에 도달하고, 이 반투과 반사막(131)으로부터의 반사광이 상기 광로를 반대로 거쳐서 편광판(121)으로부터 관찰측으로 출사된다.
한편, 상측 기판(101)에 화소 전극(111)이 존재하지 않는 전극 부재 영역에 있어서는, 입사광이 광로 B로 도시하는 바와 같이 하측 기판(102)에 마련된 차광막(132)에 의해서 흡수된다.
또한, 백라이트(150)로부터 광이 출사되면, 전극 존재 영역에 있어서는, 백라이트(150)로부터 출사된 광이 광로 C로 도시하는 바와 같이 편광판(141)→위상차판(142)→하측 기판(102)→반투과 반사막(131)→대향 전극(135)→액정층(103)→화소 전극(111)→상측 기판(101)→위상차판(122)→편광판(121)이라고 하는 경로를 거쳐서 관찰측으로 출사된다.
한편, 전극 부재 영역에 있어서는, 입사광이 광로 D와 같이 하측 기판(102)에 마련된 차광막(132)에 의해서 흡수된다.
이렇게 하여, 종래의 반투과 반사형 액정 장치(100)는, 주위가 밝은 경우에는 관찰측으로부터 액정층(103)으로 입사되는 외부 광을 반투과 반사막(131)에서 반사시킴으로써 표시를 행하는 한편, 주위가 어두운 경우에는 백라이트(150)로부터광을 출사하여, 반투과 반사막(131)을 투과시켜 투과 표시를 행하고 있었다.
그러나, 종래의 반투과 반사형 액정 장치는, 사용 환경 등에 따라서 반사형 표시와 투과형 표시의 전환을 행할 수 있다고 하는 이점은 있지만, 광 손실율이 높기 때문에, 표시 화상이 어둡다고 하는 문제가 있었다. 또한, 반투과 반사형의 액정 장치에 한정되지 않고, 반사 표시형의 액정 장치 및 투과 표시형의 액정 장치에 있어서도, 표시 화상을 밝게 하려고 하는 요망은 종래부터 있었다.
본 발명의 목적은, 전술한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 개구률이 높고 표시 특성이 양호한 액정 장치 및 해당 액정 장치를 구비한 전자 기기를 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 반투과 반사형 액정 장치의 개략적인 구성을 도시하는 사시도,
도 2는 도 1에 있어서의 A-A'선에 따른 액정 장치의 단면 구조를 도시하는 단면도,
도 3은 도 1에 도시한 액정 장치에 있어서의 1 화소분의 전극 배치를 설명하기 위한 평면도,
도 4는 도 1의 액정 장치에서의 전압 무인가시에 있어서의 반사형 표시 동작을 설명하기 위한 도면,
도 5는 도 1의 액정 장치에서의 전압 인가시에 있어서의 반사형 표시 동작을 설명하기 위한 도면,
도 6은 도 1의 액정 장치에서의 전압 무인가시에 있어서의 투과형 표시 동작을 설명하기 위한 도면,
도 7은 도 1의 액정 장치에서의 전압 인가시에 있어서의 투과형 표시 동작을 설명하기 위한 도면,
도 8은 차광막(22)의 배치 방법의 변형예를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명에 따른 전자 기기의 일 실시예의 전기적인 구성을 도시하는 블럭도,
도 10은 본 발명에 따른 전자 기기의 다른 실시예인 퍼스널 컴퓨터의 일례를 도시하는 사시도,
도 11은 본 발명에 따른 전자 기기의 또다른 실시예인 휴대 전화기의 일례를 도시하는 사시도,
도 12는 종래의 액정 장치의 일례의 단면 구조를 도시하는 도면,
도 13은 본 발명에 따른 액정 장치의 다른 실시예의 단면 구조를 도시하는 단면도,
도 14는 도 13의 액정 장치에 있어서의 표시 영역의 1 화소 부분 또는 1 도트 부분을 확대하여 도시하는 평면도,
도 15는 도 13의 액정 장치에 있어서의 표시 영역의 1 화소 부분 또는 1 도트 부분을 확대하여 도시하는 사시도,
도 16은 본 발명에 따른 액정 장치의 또다른 실시예의 단면 구조를 도시하는 단면도,
도 17은 도 16의 액정 장치에 있어서의 표시 영역의 1 화소 부분 또는 1 도트 부분을 확대하여 도시하는 평면도.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1, 31, 41 : 액정 장치 2a, 2b : 기판
3, 34 : 액정층 4 : 액정 셀
5 : 화소 전극(제 1 전극) 6, 33 : 금속 배선
9, 32, 42 : TFD 소자(스위칭 소자) 21 : 반투과 반사막
21a : 개구부 22 : 차광막
23 : 착색층 24 : 대향 전극(제 2 전극)
60 : 퍼스널 컴퓨터(전자 기기) 70 : 휴대 전화기(전자 기기)
d : 간격
(1) 상기의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명에 따른 액정 장치는, 제 1 전극과, 해당 제 1 전극에 교차하여 대향하는 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 마련된 액정을 갖는 액정 장치로서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 교차 영역의 외측 위치에 해당 교차 영역으로부터 간격을 두고 떨어져 마련된 차광막을 갖는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성의 액정 장치에 따르면, 제 2 전극의 교차 영역에 대응하여 차광막을 마련하지 않을 뿐만 아니라, 그 교차 영역의 근방인 비교차 영역의 일부에 대향하는 영역에도 차광막을 마련하지 않도록 했기 때문에, 그 만큼 개구률이 향상되고, 이것에 의해 밝은 표시 화상을 얻을 수 있다.
상기 구성에 있어서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전위차가 발생하는 경우, 비교차 영역으로서 교차 영역 근방의 영역에는, 교차 영역으로부터 비교차 영역으로 확장되도록 경사 방향의 전계(이하, "경사 전계(oblique eletric field)"라고 함)가 발생한다. 따라서, 비교차 영역에 면한 액정층중에서, 전술한 바와 같이 차광막을 마련하지 않은 영역에 대응한 액정층은 상기 경사 전계에 의해서 구동된다.
이에 의해, 노멀리 화이트 모드(normally white mode)에서 구동하는 액정 장치의 전극 사이에 전압을 인가한 경우에는, 제 2 전극의 비교차 영역의 일부로서 교차 영역 근방에 위치하는 영역에 면한 액정층도 구동되게 되어, 해당 영역을 통과한 광이 외부로 누출되지 않는다. 즉, 차광된다.
또한, 경사 전계를 이용하여 액정을 구동하는 경우에는, 리버스 틸트 도메인(reverse-tilt domain)에 의한 디스크리네이션(disclination)이 발생될 우려가 있다. 그래서, 경사 전계를 이용하여 구동하더라도 리버스 틸트 도메인이 발생하지 않는 범위 등을 사전에 조사하여 두고, 그 조사 결과에 근거하여 경사 전계를 이용해서 구동하는 액정 영역을 설정한다. 이와 같이, 경사 전계를 이용하여 구동하는 액정 영역의 범위를 한정함으로써, 디스크리네이션의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
(2) 다음에, 본 발명에 따른 다른 액정 장치는, 상기 (1)항에 기재된 구성을갖는 액정 장치로서, 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 적어도 한쪽이 복수개 마련되는 것에 의해 상기 교차 영역이 복수개 마련되고, 상기 차광막은 서로 이웃하는 한 쌍의 교차 영역의 각각으로부터 간격을 두고 떨어져 마련되는 것을 특징으로 한다.
일반적인 액정 장치에 있어서는, 제 1 전극과 제 2 전극과의 교차 영역은 복수개 마련된다. 이러한 구성에 있어서, 차광막은 그들 교차 영역의 어느 것에 대하여도 이격하여 마련할 수 있다. 그 결과, 액정 장치의 표시 영역의 개구률을 더욱 높일 수 있다.
(3) 다음에, 본 발명에 따른 다른 액정 장치는, 상기 (1)항 또는 상기 (2)항에 기재된 구성을 갖는 액정 장치로서, 상기 제 2 전극과 평면적으로 겹치도록 마련된 반사막을 구비하고, 상기 차광막은 상기 제 2 전극과 상기 반사막 사이에 형성되는 것을 특징으로 한다.
반사 표시의 경우를 고려한 경우, 외부 광은 상기 차광막을 2회 통과하게 되므로, 그 차광막에 의해서 충분한 차광을 달성할 수 있다. 이에 반하여, 투과 표시의 경우에는 광은 차광막을 1회만 통과하므로, 상기 차광막을 통해서 충분하게 차광할 수 있을지가 염려로 되는 경우도 있다. 그러나, 본 액정 장치와 같이, 차광막에 부가하여 반사막을 마련하도록 하면, 투과 표시 경우의 차광도 확실히 행할 수 있다.
(4) 다음에, 본 발명에 따른 다른 액정 장치는, 상기 (1)항 내지 상기 (3)항에 기재된 구성을 갖는 액정 장치로서, 상기 차광막은 상기 교차 영역을 둘러싸도록 마련되는 것을 특징으로 한다. 즉, 차광막에는 상기 교차 영역을 둘러싸는 개구부를 마련할 수 있다.
(5) 다음에, 본 발명에 따른 다른 액정 장치는, 상기 (3)항 또는 상기 (4)항에 기재된 구성을 갖는 액정 장치로서, 상기 반사막과 상기 제 2 전극 사이에 마련된 착색층을 갖는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 하면, 컬러 표시를 행할 수 있고, 그 경우에도 개구률이 높은 밝은 컬러 표시를 얻을 수 있다.
(6) 다음에, 본 발명에 따른 다른 액정 장치는, 상기 (1)항 내지 상기 (5)항에 기재된 구성을 갖는 액정 장치로서, 상기 액정을 상기 제 2 전극측으로부터 조명하는 조명 장치를 갖는 것을 특징으로 한다. 이것에 의해, 조명 장치를 백라이트로 하는 투과 표시가 가능해진다. 그리고, 이 경우에도 밝은 표시를 달성할 수 있다.
(7) 다음에, 본 발명에 따른 다른 액정 장치는, 상기 (6)항에 기재된 구성을 갖는 액정 장치로서, 상기 반사막은 입사광을 소정의 비율로 반사 및 투과시키는 반투과 반사막인 것을 특징으로 한다. 반투과 반사막을 이용하는 경우에는, 광 손실율이 높아지게 되어 표시 상이 어둡게 된다고 하는 우려가 있지만, 본 발명과 같이 차광막의 존재 영역을 작게 함으로써 개구률을 높이면, 반투과 반사막을 이용하는 경우에 있어서도 밝은 표시를 얻을 수 있다.
(8) 다음에, 본 발명에 따른 다른 액정 장치는, 상기 (7)항에 기재된 구성을 갖는 액정 장치로서, 상기 반사막은 상기 교차 영역내에 개구부를 갖는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 하면, 이 개구부를 통해서 액정층에 광을 공급할 수 있기때문에, 반사막을 이용한 반사 표시와 개구부를 이용한 투과 표시의 양쪽을 선택적으로 실행할 수 있다.
(9) 다음에, 본 발명에 따른 다른 액정 장치는, 상기 (1)항 내지 상기 (8)항에 기재된 구성을 갖는 액정 장치로서, 상기 제 1 전극은 스위칭 소자에 접속되고, 상기 차광막은 상기 스위칭 소자를 덮는 것을 특징으로 한다. 스위칭 소자로서는, 예컨대 TFD 소자 등의 2 단자형의 소자나, TFT 소자 등의 3 단자형의 소자를 고려할 수 있다.
본 액정 장치는, 액정으로의 전압 인가를 스위칭 소자에 의해서 화소마다 제어하는 구조의 액티브 매트릭스 방식의 액정 장치이다. 이러한 구조의 액정 장치에 있어서는, 차광막에 의해서 스위칭 소자를 덮는 것이 바람직하고, 이것에 의해, 비교차 영역을 완전히 차광할 수 있다.
(10) 다음에, 본 발명에 따른 다른 액정 장치는, 상기 (1)항 내지 상기 (9)항에 기재된 구성을 갖는 액정 장치로서, 상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극 및 상기 액정은 노멀리 화이트의 구동 상태로 설정되는 것을 특징으로 한다. 노멀리 화이트의 상태란, 액정을 사이에 마련한 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전압을 인가하지 않을 때, 또는 OFF 전압을 인가할 때에, 백색 표시, 즉 투과한 광이 편광판을 통과하여 외부로부터 시인(視認)되도록 한 광학 상태이다.
이러한 노멀리 화이트의 구동 상태로 설정된 액정 장치에 있어서는, ON 전압을 인가했을 때에 교차 영역 근방의 비교차 영역에 경사 전계가 발생하여 해당 영역에 있는 액정이 구동되고, 이것에 의해 이 비교차 영역에 대응하여 차광막이 없는 경우라도 외부로의 광의 누출을 방지할 수 있다. 즉, 차광이 달성된다.
(11) 다음에, 본 발명에 따른 다른 액정 장치는, 상기 (1)항 내지 상기 (10)항에 기재된 구성을 갖는 액정 장치로서, 상기 반사막은 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극을 겸하는 것을 특징으로 한다.
(12) 다음에, 본 발명에 따른 다른 액정 장치는, 제 1 전극과, 해당 제 1 전극에 교차하여 대향하는 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 마련한 액정을 갖는 액정 장치로서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 교차 영역의 외측 위치에 해당 교차 영역으로부터 간격을 두고 떨어져 마련된 차광막을 갖고, 상기 액정은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성되는 전계에 의해서 구동되며, 또한 상기 차광막과 상기 교차 영역 사이의 간극 부분에서는 상기 액정에 경사 전계가 인가되는 것을 특징으로 한다.
이러한 경사 전계의 인가에 의해 해당 영역에 있는 액정이 구동되어, 해당 영역에 있어서의 광의 통과가 금지되어, 그 결과 교차 영역 근방의 비교차 영역에 관해서는 해당 영역에 대응하여 차광막을 마련하지 않아도, 액정의 배향 제어에 의해서 차광을 달성할 수 있다.
(13) 다음에, 본 발명에 따른 다른 액정 장치는, 액정층을 사이에 두고 서로 대향하여 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판에서의 액정층측의 면에 형성된 제 1 전극과, 상기 제 2 기판에서의 액정층측의 면에 형성된 전극으로서, 상기 제 1 전극과 교차하는 교차 영역과 상기 제 1 전극과 교차하지 않는 비교차 영역을 갖는 제 2 전극과, 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판의 외부로부터입사되는 광을 반사하는 반사막과, 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판에서의 상기 액정층측의 면에 형성되고, 상기 제 2 전극의 교차 영역과 그 근방의 비교차 영역의 일부에 대향할 수 있는 면적의 개구 영역을 갖는 차광막을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성의 액정 장치에 따르면, 제 2 전극의 교차 영역뿐만 아니라, 그 근방의 비교차 영역의 일부에 대향할 수 있는 영역을 차광막의 개구 영역으로 하고 있기 때문에, 개구률이 향상되어 밝은 표시 화상을 얻을 수 있다.
여기서, 비교차 영역에 면한 액정층중에서 상기 개구 영역에 대응한 액정층은, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전위차가 발생되는 것에 의해, 상기 교차 영역으로부터 비교차 영역으로 확장되도록 발생하는 경사 방향의 전계를 이용하여 구동된다. 이에 따라, 노멀리 화이트 모드에서 구동하는 액정 장치에 전압을 인가한 경우에는, 제 2 전극의 교차 영역 근방의 비교차 영역의 일부에 면한 액정층도 구동되기 때문에, 해당 영역을 통과한 광이 외부로 누출되지도 않는다.
또한, 경사 전계를 이용하여 액정을 구동하는 경우에는, 리버스 틸트 도메인에 의한 디스크리네이션의 발생이 염려된다. 그래서, 사전에 경사 전계를 이용하여 구동하더라도 리버스 틸트 도메인이 발생하지 않는 범위 등을 조사해 두고, 그 조사 결과에 근거하여 경사 전계를 이용해서 구동하는 액정 영역을 설정한다. 이와 같이, 경사 전계를 이용하여 구동하는 액정 영역의 범위를 한정함으로써, 디스크리네이션의 발생을 억제하는 것이 가능해진다.
(14) 다음에, 본 발명에 따른 다른 액정 장치는, 상기 (13)항에 기재된 구성을 갖는 액정 장치로서, 상기 비교차 영역에 면한 액정층중에서 상기 개구 영역에 대응한 액정층은, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전위차가 발생되는 것에 의해, 상기 교차 영역으로부터 비교차 영역으로 확장되도록 발생하는 경사 방향의 전계에 의해서 구동되는 것을 특징으로 한다.
(15) 다음에, 본 발명에 따른 다른 액정 장치는, 상기 (13)항 또는 상기 (14)항에 기재된 구성을 갖는 액정 장치로서, 상기 반사막은 상기 제 2 기판에서의 액정층과는 반대측의 면으로부터 입사되는 광을 투과하는 개구부를 갖는 것을 특징으로 한다.
(16) 다음에, 본 발명에 따른 다른 액정 장치는, 상기 (13)항 내지 상기 (15)항에 기재된 구성을 갖는 액정 장치로서, 상기 제 1 전극은 상기 제 1 기판에 복수개 형성된 화소 전극이고, 상기 제 2 전극은 상기 제 2 기판에서의 액정층측의 면에 스트라이프 형상으로 복수개 형성된 대향 전극이며, 상기 대향 전극은 적어도 상기 각 화소 전극의 전면(全面)과 교차할 만큼의 전극폭을 갖는 것을 특징으로 한다.
(17) 다음에, 본 발명에 따른 다른 액정 장치는, 상기 (13)항 내지 상기 (16)항에 기재된 구성을 갖는 액정 장치로서, 상기 제 2 기판에서의 액정층과는 반대측에 배치된 조명 장치를 구비하는 것을 특징으로 한다.
(18) 다음에, 본 발명에 따른 전자 기기는, 액정 장치와, 상기 액정 장치를 수용하는 콘테이너를 갖는 전자 기기로서, 상기 액정 장치는 상기 (1)항 내지 상기 (17)항에 기재된 액정 장치에 의해서 구성되는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 또한, 이후에 설명하는 실시예는 본 발명의 일 형태를 나타내는 것으로, 이에 한정되지 않고 본 발명의 범위내에서 임의로 변경 가능하다.
(액정 장치의 실시예 1)
도 1은 본 실시예에 따른 반투과 반사형 액정 장치(1)의 개략적인 구성을 도시하는 사시도이며, 도 2는 도 1에 도시한 반투과 반사형 액정 장치(1)에 있어서 A-A'선 단면도이다. 또한, 도 2에서는, 설명의 편의상, 하나의 화소 전극(5)만을 도시하고 있지만, 실제의 액정 장치에서는 복수의 화소 전극(5)이 제 1 기판(2a)에 형성되어 있다. 또한, 본 실시예에 따른 반투과 반사형 액정 장치(1)는, TFD(Thin Film Diode) 소자로 대표되는 2 단자형 스위칭 소자를 이용한 액티브 매트릭스 방식의 액정 장치를 상정하고 있지만, 이에 한정되는 것이 아니고, 예컨대 TFT(Thin Film Transistor) 소자로 대표되는 3 단자형 스위칭 소자를 이용한 액티브 매트릭스 방식의 액정 장치, 또는 수동형 매트릭스 방식의 액정 장치에도 적용 가능하다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 반투과 반사형 액정 장치(1)에서는, 각각이 투명성 및 절연성을 갖는 제 1 기판(2a)과 제 2 기판(2b) 사이에, 소정의 비틀림 각(twist angle)을 갖는 네마틱(nematic) 액정에 의해서 구성되는 액정층(3)이 프레임 형상의 밀봉재(도시하지 않음)에 의해서 봉지되고, 이것에 의해 액정 셀(4)이 형성되어 있다.
여기서, 제 1 기판(2a)의 내면상에는, ITO 등의 투명성을 갖는 직사각형 형상의 화소 전극(5)이 제 1 전극으로서 복수개 형성되어 있고, 각 화소 전극(5)은 2 단자형 스위칭 소자, 예컨대 TFD 소자(9)를 거쳐서 금속 배선(6)에 접속되어 있다. 이들 화소 전극(5)의 표면상에는 배향막(10a)이 형성되며, 배향막(10a)에 소정 방향으로 러빙(rubbing) 처리가 실시되어 있다. 한편, 제 1 기판(2a)의 외면상에는 지면 상측으로부터 순서대로 편광판(7a), 위상차판(8a)이 배치되어 있다.
또한, 제 2 기판(2b)의 내면상에는, 반투과 반사막(21), 블랙 매트릭스 또는 블랙 마스크로서 형성된 차광막(22), 착색층(23), 제 2 전극으로서의 대향 전극(24) 및 배향막(10b)이 순차적으로 형성되어 있다.
대향 전극(24)은 제 1 기판(2a)에 형성되는 화소 전극(5)과 동일 재료, 즉 ITO 등의 투명성을 갖는 도전층으로 이루어지며, 각 화소 전극(5)에 대하여 도 2의 좌우 방향으로 교차하도록 화살표 B 방향에서 볼 때 스트라이프 형상으로 형성되어 있다. 이 대향 전극(24)의 표면상에는, 전술한 화소 전극(5)과 마찬가지로, 배향막(10b)이 형성되며, 이 배향막(10b)에 대하여 소정 방향으로 러빙 처리가 실시되어 있다.
착색층(23)은, 예컨대 R(적색), G(녹색) 및 B(청색)의 3색이 스트라이프(stripe) 배열 등의 소정 패턴으로 배열된 것이다. 차광막(22)은 크롬, 산화 크롬 또는 광흡수성 수지 등의 차광성 재료로 이루어지며, 광을 차폐하는 것에 의해 콘트라스트의 저하를 방지하는 역할을 담당하고 있다. 여기서, 본 실시예에 따른 차광막(22)의 선폭 S1은, 도 12에 도시하는 종래의 액정 장치(100)에서 이용한 차광막(132)의 선폭 S0보다도 길이 "d" 만큼 가늘게 설계되어 있다. 이와 같이 설계된 차광막(22)은, 도 2에 도시하는 바와 같이 화소 전극(5)과 대향 전극(24)의 교차 영역(즉, 전극 존재 영역)으로부터 거리 "d" 만큼 이격된 위치에 배치되어 있다.
반투과 반사막(21)은, 예컨대 알루미늄이나 은 등의 반사성을 갖는 금속층으로 이루어지며, 제 1 기판(2a)으로부터 입사되는 광을 반사하는 한편, 조명 장치(12)로부터 출사되는 광을 투과한다. 이 반투과 반사막(21)에는, 예컨대 정방형의 미세한 개구, 직사각형의 슬릿 또는 반투과 반사막(21)에 점재(點在)하는 미세한 결함부 등으로 이루어지는 개구부(21a)가 마련되어 있다. 이것에 의해, 조명 장치(12)로부터 출사되는 광은 투과될 수 있다.
한편, 하측 기판(2b)의 외면상에는, 도 2의 하측으로부터 순서대로 편광판(7b) 및 위상차판(8b)이 배치되어 있다. 그리고, 편광판(7b)의 후방(즉, 도 2의 아랫쪽)에는, 백색 광을 발생하는 형광관(13)과, 형광관(13)에 따른 입사 단면을 구비한 도광판(14)을 갖는 조명 장치(12)가 배치되어 있다. 본 실시예에서는, 이 조명 장치(12)가 백라이트로서 작용한다.
도광판(14)은 이면(裏面) 전체에 산란용의 조면(粗面)이 형성된 아크릴 수지 등으로 이루어지는 투명체로서, 형광관(13)으로부터 출사되는 광을 단면에서 수광하여, 도 2의 윗쪽으로 거의 균일한 광을 방출하도록 구성되어 있다. 또한, 광원으로서는, 형광관(13) 이외에도 LED(발광 다이오드)나 EL(electroluminescence; 전계 발광 소자) 등을 이용할 수 있다.
본 실시예의 반투과 반사형 액정 장치(1)의 주요 구성은 전술한 바와 같다.다음에, 이러한 구성을 갖는 반투과 반사형 액정 장치(1)에 전압을 인가한 경우의 동작에 대해서 도 1∼도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 반투과 반사형 액정 장치(1)의 표시 영역내에 있어서의 1 화소분의 전극 배치를 설명하기 위한 평면도이다. 전술한 바와 같이, 화소 전극(5)의 표면 및 대향 전극(24)의 표면에는 각각 배향막(10a 및 10b)(도 2 참조)이 형성되며, 해당 배향막(10a, 10b)에는 러빙 처리, 즉 전압 무인가시에 있어서의 액정 분자의 배향 위치를 결정하기 위한 처리가 실시되어 있다.
본 실시예에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이 화소 전극(5)의 러빙 방향 R5와 대향 전극(24)측의 러빙 방향 R24가 직교하기 때문에, 액정 분자는 90°로 순차적으로 비틀려 연속되어 있는 상태로 제어된다. 이러한 액정 셀은, 통산 TN 셀이라고 부르며, 해당 액정 셀에 봉입된 액정 분자는 러빙 방향을 따라 약간의 경사각(즉, 프리틸트 각(pretilt angle))을 갖고 있다.
또한, 본 실시예에서는 액정은 90°비틀어져 있지만, 이것은 투과형 표시에 중점을 두었기 때문이다. TFD 소자나 TFT 소자 등의 스위칭 소자를 이용한 반투과 반사형의 액정 장치에 있어서 투과형 표시에 중점을 둔 것이면, 액정의 비틀림 각도는 55°이상 120°미만 정도로 하면 바람직하고, 그 반대로 반사형 표시에 중점을 둔 표시를 행하고자 할 경우에는, 0°이상 80°미만이 바람직하다. 그리고, 액정의 비틀림 각을 20°이상 70°미만으로 하면, 투과형 표시 및 반사형 표시의 양쪽이 균형을 이룬 표시가 가능해진다. 이들 각종 비틀림 각도를 설정하기 위해서는, 러빙 방향 R5 및 R24의 교차 각도를, 소망하는 비틀림 각도에 맞춰 적절히 설정하면 된다.
화소 전극(5)과 대향 전극(24) 사이에 전압이 인가되면, 도 2에 도시하는 바와 같이, 교차 영역에서는 양 기판(2a, 2b)에 대하여 수직 방향으로 전계가 발생한다. 한편, 비교차 영역(즉, 전극 부재 영역)에서는, 교차 영역으로부터 비교차 영역으로 확장되도록 경사 방향으로 전계(이하, "경사 전계"라고 함)가 발생한다.
이것에 의해, 교차 영역에 있는 액정 분자(영역 a) 및 그 근방의 비교차 영역의 일부 영역에 있는 액정 분자(영역 b)의 배향 방위가, 발생된 전계의 방향을 향하여 프리틸트 각을 증대시키는 방향으로 변화되어, 비틀림 상태가 해소된다. 또한, 액정층(3)에 입사되는 광의 투과 상태는, 해당 액정층(3)내의 액정 분자의 배향 방위의 변화에 따라서 변화되므로, 화소 전극(5)과 대향 전극(24) 사이의 인가 전압을 조정하여 전계 강도를 제어하는 것에 의해, 소망하는 투과율을 얻을 수 있다.
본 실시예에 따른 반투과 반사형 액정 장치(1)는, 이와 같이 양 기판(2a, 2b)에 대하여 수직 방향으로 발생하는 전계뿐만 아니라, 교차 영역으로부터 비교차 영역으로 확장되도록 발생하는 경사 전계도 이용하여 액정을 구동해서, 투과형 표시 및 반사형 표시를 행한다.
단, 경사 전계를 이용하여 액정을 구동하는 경우에는, 리버스 틸트 도메인(즉, 본래의 액정 분자가 상승해 가는 방향과는 반대 방향으로 상승해 가는 영역)에 의한 표시 결함(즉, 디스크리네이션)의 발생이 염려된다. 그래서, 경사 전계를 이용하여 구동하더라도 리버스 틸트 도메인이 발생하지 않는 범위 등을 미리 조사해두고, 그 조사 결과에 근거하여 영역 b(즉, 경사 전계를 이용하여 구동하는 액정 영역)를 설정한다. 이렇게 하여 영역 b의 범위를 한정함으로써, 디스크리네이션의 발생을 억제할 수 있게 된다.
다음에, 경사 전계에 의한 액정 구동 영역이 설정된 반투과 반사형 액정 장치(1)의 표시 동작에 대해서 도 4∼도 7을 참조하여 설명한다.
도 4 및 도 5는 각각 반사형 표시 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 6 및 도 7은 각각 투과형 표시 동작을 설명하기 위한 도면이다. 또한, 도 4∼도 7에서는, 도면이 번잡하게 되는 것을 방지하기 위해서, 설명에 필요한 구성 요소만 도시하고, 그 밖의 구성 요소에 대해서는 생략하고 있다. 또한, 이하의 설명은 노멀리 화이트 모드에서 구동하는 경우를 상정하고 있다.
(반사형 표시)
도 4에 도시하는 바와 같이, 우선, 전압 무인가시에 있어서 관찰측으로부터 외부 광이 입사되면, 외부 광은 편광판(7a), 위상차판(8a) 등을 각각 투과하고, 또한 액정층(3)을 통과한다. 액정층(3)을 통과한 외부 광은 광로 c로 도시한 바와 같은 차광막(22)에 의해서 흡수되는 외부 광을 제외하고, 반투과 반사막(21)에 도달하며, 해당 반투과 반사막(21)에 의해서 반사된 광이 지금 들어 온 경로를 반대로 거쳐서 편광판(7a)으로부터 관찰측으로 출사된다(도 4의 광로 a 및 광로 b).
이와 같이, 본 실시예에 따른 반투과 반사형 액정 장치(1)에 있어서는, 관찰측으로부터 입사되는 외부 광중에서, 교차 영역에 있는 액정(영역 a)을 통과한 광뿐만 아니라, 비교차 영역의 일부 영역에 있는 액정(영역 b)을 통과한 광도 편광판(7a) 등을 거쳐서 관찰측으로 출사된다.
한편, 화소 전극(5)과 대향 전극(24) 사이에 전압이 인가되면, 도 5에 있어서, 전술한 바와 같이 교차 영역에서는 양 기판(2a, 2b)에 대하여 수직 방향으로 전계가 발생하는 한편, 비교차 영역에서는 교차 영역으로부터 비교차 영역으로 확장되도록 경사 전계가 발생한다.
이것에 의해, 영역 a에 있는 액정 분자뿐만 아니라, 영역 b에 있는 액정 분자도 전계에 따라 상승하여, 동일한 방향으로 배열된다. 그 결과, 도 5의 광로 d 및 광로 e로 도시하는 바와 같이, 영역 a를 통과한 외부 광이 편광판(7a)에 의해서 흡수되고, 또한 영역 b를 통과한 외부 광도 편광판(7a)에 의해서 흡수된다. 또한, 차광막(22)과 대향하는 위치로부터 입사되는 외부 광은, 전술한 경우와 마찬가지로 도 5의 광로 f로 도시하는 바와 같이, 차광막(22)에 의해서 흡수된다. 이와 같이, 전압 인가시에 관찰측으로부터 외부 광이 입사된 경우에는, 해당 외부 광은 편광판(7a), 차광막(22) 등에 의해서 모두 흡수된다. 이 때문에, 관찰측으로 광이 누설되는 경우는 없다.
(투과형 표시)
다음에, 투과형 표시에 대해서 도 6 및 도 7을 참조하여 설명한다. 도 6에 도시하는 바와 같이, 전압 무인가시에 있어서, 조명 장치(12)로부터 광이 출사되면, 광은 편광판(7b) 및 위상차판(8b)을 통과함으로써 소정의 편광으로 되어, 반투과 반사막(21)에 형성된 개구부(21a)를 통과한다. 또한, 반투과 반사막(21)에 있어서의 개구부(21a) 이외의 영역은, 조명 장치(12)로부터 출사되는 광에 대하여 차광막으로서 기능한다.
개구부(21a)를 통과한 광은, 광로 i와 같이 하여 차광막(22)에 의해서 흡수되는 광을 제외하고, 광로 g 및 광로 h로 도시하는 바와 같이, 착색층(23), 대향 전극(24)을 거쳐서 액정층(3)에 도달하고, 또한, 액정층(3)을 통과한 후, 위상차판(8a), 편광판(7a)을 거쳐서 관찰측으로 출사된다.
한편, 전압이 인가되면, 전술한 바와 같이 도 7에 있어서 교차 영역에서는 양 기판(2a, 2b)에 대하여 수직 방향으로 전계가 발생하는 한편, 비교차 영역에서는 교차 영역으로부터 비교차 영역으로 확장되도록 경사 전계가 발생한다.
이것에 의해, 영역 a에 있는 액정 분자뿐만 아니라, 영역 b에 있는 액정 분자도 전계에 따라 상승하여, 동일한 방향으로 배열된다. 그 결과, 영역 a를 통과한 조명 장치(12)로부터의 출사광은 광로 j로 도시하는 바와 같이 편광판(7a)에 의해서 흡수된다. 또한, 영역 b를 통과한 출사광도 광로 k로 도시하는 바와 같이 편광판(7a)에 의해서 흡수된다.
또한, 차광막(22)과 대향하는 위치로부터 입사되는 외부 광은, 전술한 경우와 마찬가지로, 광로 i로 도시하는 바와 같이 차광막(22)에 의해서 흡수된다. 이와 같이, 전압 인가시에 조명 장치(12)로부터 광이 출사된 경우에는, 조명 장치(12)로부터의 출사광은 편광판(7a), 차광막(22) 등에 의해서 모두 흡수된다. 이 때문에, 관찰측으로 광이 누설되는 경우는 없다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 반투과 반사형 액정 장치(1)는, 교차 영역에 있는 액정(영역 a) 및 그 근방의 비교차 영역의 일부 영역에 있는 액정(영역 b)을 구동하여 반사 표시 및 투과 표시를 행한다. 여기서, 전압 인가시에 영역 b를 통과하는 광은, 영역 b에 있는 액정이 구동되는 것에 의해 편광판(7a) 등에 의해서 흡수된다. 따라서, 제 2 기판(2b)의 영역 b와 대응하는 부분에는 차광막(22)을 마련할 필요가 없다. 이 때문에, 차광막(22)의 선폭을 종래보다도 가늘게 설계할 수 있어, 개구률을 높게 할 수 있다. 바꾸어 말하면, 반사형 표시를 행할 때에는, 반사율이 향상되는 것에 의해, 표시 화상을 밝게 할 수 있고, 투과형 표시를 행할 때에는, 투과율이 향상되는 것에 의해, 표시 화상을 밝게 할 수 있다.
(그 밖의 실시예)
이상, 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명했지만, 상기 실시예는 단지 예시적인 것이며, 상기 실시예에 대해서는 본 발명의 취지로부터 이탈하지 않는 범위에서 다양한 응용 및 변형이 가능하다.
예컨대, 전술한 실시예에 있어서는, 개구부(21a)를 구비한 반투과 반사막(21)을 예로서 설명하였지만, 개구부(21a)를 마련하는 대신에, 막 두께를 15∼20㎚로 함으로써, 반사율이 85% 전후이고, 투과율이 10% 전후인 반투과 반사막으로서 기능하도록 하더라도 무방하다.
또한, 상기 실시예에 있어서는, 화소 전극(5)을 제 1 기판(2a)에 형성한 경우를 예로서 설명하였지만, 제 2 기판(2b)에 화소 전극(5)을 형성해도 무방하다.
또한, 상기 실시예에 있어서는, 반사형 표시 및 투과형 표시가 가능한 반투과 반사형 액정 장치에 적용한 경우를 예로서 설명하였지만, 예컨대 반사형 표시만을 실행하는 반사형 액정 장치 및 투과형 표시만을 실행하는 투과형 액정 장치 등에도 적용 가능하다. 또한, 본 발명을 반사형 액정 장치 및 투과형 액정 장치에 적용한 경우의 구체적인 구성 및 표시 동작 등에 관해서는, 반투과 반사형 액정 장치에 적용한 경우와 마찬가지이다.
또한, 상기 실시예에서는, 도 3에 도시하는 바와 같이, 차광막(22)은 화소 전극(5)의 주연부(5a)에 대향하는 부분으로부터 거리 d만큼 이격된 위치에 마련되어 있지만, 예컨대 도 8의 (a) 및 도 8의 (b)에 도시하는 형상의 차광막(22)을 제 2 기판(2b)에 마련해도 무방하다. 즉, 도 2의 영역 b에 있어서 경사 전계에 의해서 구동되는 액정 영역과 대응하는 부분의 일부에 차광막(22)이 존재하지 않는 영역이 있으면, 제 2 기판(2b)에 어떠한 형상의 차광막(22)을 마련해도 무방하다.
(전자 기기의 실시예 1)
다음에, 상기 실시예에 따른 반투과 반사형 액정 장치(1)를 각종 전자 기기에 있어서의 표시 장치로서 적용하는 경우에 대하여 설명한다. 이 경우, 전자 기기는 도 9에 도시하는 바와 같이, 주로 표시 정보 출력원(50), 표시 정보 처리 회로(51), 전원 회로(52), 타이밍 발생기(53), 반투과 반사형 액정 장치(1) 및 구동 회로(54)에 의해 구성된다.
이 중에서 표시 정보 출력원(50)은 RAM(Random Access Memory) 등의 메모리,각종 디스크 등의 저장 유닛(storage unit), 디지털 화상 신호를 동조 출력하는 동조 회로 등을 구비하며, 타이밍 발생기(53)에 의해 생성되는 각종 클럭 신호에 근거하여, 소정 포맷의 화상 신호 등의 표시 정보를 표시 정보 처리 회로(51)에 공급하는 것이다. 다음에, 표시 정보 처리 회로(51)는 증폭·반전 회로나, 로테이션(rotation) 회로, 감마 보정 회로, 클램프 회로 등의 주지(周知)의 회로를 다수개 구비하며, 입력된 표시 정보를 처리하여, 그 화상 신호를 클럭 신호 CLK와 함께 구동 회로(54)에 공급하는 것이다. 여기서, 구동 회로(54)는 주사선 구동 회로(도시하지 않음)나 데이터선 구동 회로(도시하지 않음)와 함께, 검사 회로 등을 총칭한 것이다. 또한, 전원 회로(52)는 각 구성 요소에 소정의 전원을 공급하는 것이다.
(전자 기기의 실시예 2)
다음에, 상기 실시예에 따른 반투과 반사형 액정 장치(1)를 구체적인 전자 기기에 이용한 예에 대하여 설명한다. 우선, 액정 장치를 휴대형 퍼스널 컴퓨터에 적용한 예에 대하여 설명한다. 도 10은 이 퍼스널 컴퓨터의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 10에 있어서, 퍼스널 컴퓨터(60)는 키보드(61)를 갖는 본체부(62)와, 액정 표시 유닛(63)으로 구성되어 있다. 이 액정 표시 유닛(63)은 백라이트를 구비한 반투과 반사형 액정 장치(1)에 의해서 구성되어 있다. 이것에 의해, 외부 광이 전혀 없는 장소에서도, 백라이트를 점등시키는 것에 의해 표시를 시인할 수 있도록 되어 있다.
(전자 기기의 실시예 3)
또한, 이 반투과 반사형 액정 장치(1)를 휴대 전화기에 적용한 예에 대하여 설명한다. 도 11은 휴대 전화기(70)의 구성을 도시하는 사시도이다. 도 11에 있어서, 휴대 전화기(70)는 복수의 조작 버튼(71)과, 전술한 반투과 반사형 액정 장치(1)를 구비하고 있다. 이 반투과 반사형 액정 장치(1)도 백라이트를 구비하고 있다.
또한, 도 10 및 도 11을 참조하여 설명한 전자 기기 이외에도, 액정 텔레비전, 뷰파인더형, 모니터 직시형의 비디오 테이프 레코더, 차량 네비게이션 장치, 페이저(pager), 전자 수첩, 전자 계산기, 워드 프로세서, 워크스테이션, 화상 전화, POS 단말, 터치 패널을 구비한 장치 등을 들 수 있다. 또한, 이들 각종 전자 기기에 있어서도 마찬가지로, 반투과 반사형 액정 장치를 적용할 수 있음은 말할 필요도 없다.
(액정 장치의 실시예 2)
도 13은, 본 발명에 따른 액정 장치의 다른 실시예로서, 구체적으로는, TFD 소자를 스위칭 소자로 하는 액티브 매트릭스형으로 반투과 반사형의 액정 장치에 본 발명을 적용한 경우의 실시예를 도시하고 있다.
여기에 도시하는 액정 장치(31)는 액정 셀(34)과, 백라이트로서 작용하는 조명 장치(12)를 갖는다. 조명 장치(12)는 광원으로서의 형광관(13)과, 해당 형광관(13)으로부터의 광을 수광하여 평면광으로서 출사하는 도광체(14)를 갖는다.
액정 셀(34)은 밀봉재(도시하지 않음)에 의해서 주위가 접합되어 서로 대향하는 한 쌍의 기판(2a 및 2b)을 갖고, 이들 기판(2a 및 2b) 사이에 형성되는 간극, 즉, 셀 갭내에는 액정이 봉입되어 액정층(3)이 형성되어 있다.
제 1 기판(2a)의 액정측 표면에는, 제 1 TFD 요소(32a) 및 제 2 TFD 요소(32b)로 이루어지는 복수의 TFD 소자(32)와, 이들 TFD 소자(32)의 한쪽 단자에 접속하는 복수의 금속 배선(33)과, 복수의 TFD 소자(32)의 다른 단자에 접속하는 복수의 제 1 전극으로서의 화소 전극(5)이 형성된다. 또한, 이들 각 요소의 상부에 배향막(10a)이 형성되고, 이 배향막(10a)에 대하여 러빙 처리 등의 배향 처리가 실시된다. 또한, 제 1 기판(2a)의 외측(즉, 도 13의 상측) 표면에는 위상차판(8a)이 형성되고, 또한 그 위에는 편광판(7a)이 형성된다.
복수의 금속 배선(33)은, 도 14에 도시하는 바와 같이, 제 1 기판(2a)의 표면에 서로 평행하게, 즉 스트라이프 형상으로 형성되며, 이들 금속 배선(33)을 따라 등간격으로 TFD 소자(32)가 형성되고, 또한 개개의 TFD 소자(32)에 화소 전극(5)이 형성된다. 그 결과, 복수의 화소 전극(5)은 제 1 기판(2a)의 표면에 도트 매트릭스 형상으로 배열되어 있다.
일반적으로, 컬러 필터, 즉 착색층을 이용하지 않고 행해지는 흑백 표시에 있어서는 하나의 화소 전극(5)에 의해서 1 화소가 형성된다. 또한, R(적색), G(녹색), B(청색)이나 C(시안색), M(심홍색), Y(황색) 등의 3원색의 각 색을 포함하는 착색층을 이용하여 컬러 표시가 행해지는 경우에는, 하나의 화소 전극(5)에 의해서 하나의 도트가 형성되며, R, G, B의 3색 도트에 의해서 하나의 화소가 형성된다.
TFD 소자(32) 근방의 구조를 나타내면, 예컨대 도 15에 도시하는 바와 같다. 도 15에 도시하는 것은, 소위 백-투-백(Back-to-Back) 구조의 TFD 소자를 이용한 것이다. 도 15에 있어서, 금속 배선(33)은, 예컨대 TaW(tantalum tungsten)에 의해서 형성된 제 1 층(33a)과, 예컨대 양극 산화막인 Ta2O5(산화 탄탈)에 의해서 형성된 제 2 층(33b)과, 예컨대 Cr에 의해서 형성된 제 3 층(33c)으로 이루어지는 3층 구조로 형성되어 있다.
또한, TFD 소자(32)를 구성하는 제 1 TFD 요소(32a) 및 제 2 TFD 요소(32b)는 각각 TaW에 의해서 형성된 제 1 금속층(36)과, 양극 산화에 의해서 형성된 Ta2O5의 절연층(37)과, 금속 배선(33)의 제 3 층(33c)과 동일 층인 Cr의 제 2 금속층(38)으로 이루어지는 3층 적층 구조에 의해 구성되어 있다.
제 1 TFD 요소(32a)를 금속 배선(33)측에서 보면, 제 2 금속층(38)/절연층(37)/제 1 금속층(36)의 적층 구조가 구성되며, 한편, 제 2 TFD 요소(32b)를 금속 배선(33)측에서 보면, 제 1 금속층(36)/절연층(37)/제 2 금속층(38)의 적층 구조가 구성된다. 이와 같이 한 쌍의 TFD부(32a 및 32b)를 전기적으로 반대 방향으로 직렬 접속하여 백-투-백 구조의 TFD 소자를 구성하는 것에 의해, TFD 소자의 스위칭 특성의 안정화가 달성되고 있다. 화소 전극(5)은, 제 2 TFD 요소(32b)의 제 2 금속층(38)에 도통하도록, 예컨대 ITO에 의해서 형성된다.
도 13에 있어서, 제 2 기판(2b)의 액정측 표면에는 반투과 반사막(21)이 형성되며, 그 위에 블랙 마스크 또는 블랙 매트릭스가 차광막(22)으로서 형성되고,그 위에 컬러 필터막, 즉 착색층(23)이 형성되고, 그 위에 오버 코팅막(38)이 형성되고, 그 위에 대향 전극(24)이 형성되며, 그 위에 배향막(10b)이 형성된다. 반투과 반사막(21)중에서 화소 전극(5)에 대향하는 적절한 위치에는 1개 또는 복수의 개구부(21a)가 형성된다. 또한, 제 2 기판(2b)의 외측 표면에는 위상차판(8b)이 형성되며, 그 위에 편광판(7b)이 형성된다.
도 13에 있어서, 복수의 금속 배선(33)은 각각이 도면의 지면 수직 방향으로 연장되어 있는 한편, 복수의 대향 전극(24)은 각각이 금속 배선(33)과 교차하는 도 13의 좌우 방향으로 연장되며, 또한 서로 이웃하는 것끼리 서로 평행하게 배열하는 것에 의해 전체적으로 스트라이프 형상으로 형성되어 있다.
화소 전극(5)이 존재하는 영역, 즉 전극 존재 영역은 대향 전극(24)과 교차하는 교차 영역을 구성한다. 이들 교차 영역의 각각이 각각 하나의 도트를 구성하고, 착색층(23) 각각의 색 패턴이 하나의 도트에 대응한다. 착색층(23)은, 예컨대 R(적색), G(녹색), B(청색)의 3원색이 하나의 유닛으로 되어 1 화소를 구성한다. 즉, 3개의 도트가 하나의 유닛으로 되어 하나의 화소를 구성하고 있다.
제 1 기판(2a) 및 제 2 기판(2b)은, 예컨대 유리, 플라스틱 등에 의해서 형성된다. 또한, 반투과 반사막(21)은 광 반사성 재료, 예컨대 Al(알루미늄)에 의해 형성된다. 또한, 반투과 반사막(21)에 의해서 광투과성 및 광 반사성의 양 기능을 달성하기 위해서는, 예컨대 반투과 반사막(21)의 막 두께를 얇게 하거나, 반투과 반사막(21)의 적절한 위치에 광투과용의 개구부를 개방하는 등의 조치가 실시된다. 본 실시예에서는 복수의 개구부(21a)를 마련하고 있다.
착색층(23)은 주지의 화소 형성 방법, 예컨대 잉크젯 방법, 안료 분산법 등을 이용하여 안료를 모자이크 배열, 스트라이프 배열, 델타(delta) 배열 등의 적절한 패턴으로 도포함으로써 형성된다. 또한, 오버 코팅막(38)은 적절한 토과성 수지 재료를, 예컨대 스핀 코팅법, 롤 코팅법 등에 의해서 균일하게 도포함으로써 형성된다.
화소 전극(5) 및 대향 전극(24)은, 예컨대 ITO(Indium Tin Oxide)를 주지의 성막(film-forming)법, 예컨대 스퍼터링법, 진공 증착법을 이용하여 성막하고, 또한 포토 에칭(photoetching)법에 의해서 원하는 패턴으로 형성된다. 배향막(10a, 10b)은, 예컨대 폴리이미드(polyimide) 용액을 도포한 후에 소성하는 방법이나, 오프셋(offset) 인쇄법 등에 의해서 형성된다.
본 실시예에서는, 차광막(22)은 크롬, 산화 크롬 또는 차광성 수지 등의 차광성 재료로 이루어지며, 광을 차폐하는 것에 의해 콘트라스트의 저하를 방지하는 역할을 담당하고 있다. 여기서, 본 실시예에 따른 차광막(22)의 선폭 S1은, 도 12에 도시하는 종래의 액정 장치(100)에서 이용된 차광막(132)의 선폭 S0보다도 한측에서 길이 "d" 만큼 가늘게 설계되어 있다. 이와 같이 설계된 차광막(22)은, 도 13에 도시하는 바와 같이 화소 전극(5)과 대향 전극(24)의 교차 영역으로부터 거리 "d" 만큼 이격된 위치에 배치되어 있다. 또한, 차광막(22)을 평면적으로 보면, 도 14에서 사선으로 나타낸 영역에 배치된다. 도시한 바와 같이, 차광막(22)은 스위칭 소자인 TFD 소자(32)를 덮고 있다.
본 실시예에 따른 액정 장치(31)는, 교차 영역, 즉 영역 a에 있는 액정 및그 근방의 비교차 영역의 일부 영역, 즉 영역 b에 있는 액정을 구동하여 반사 표시 및 투과 표시를 행한다. 여기서, 전압 인가시에 영역 b를 통과하는 광은, 영역 b에 있는 액정이 구동되는 것에 의해 편광판(7a) 등에 의해서 흡수된다. 따라서, 제 2 기판(2b)의 영역 b에 대응하는 부분에는 차광막(22)을 마련할 필요가 없다. 이 때문에, 차광막(22)의 선폭을 종래보다도 가늘게 설계할 수 있고, 개구률을 높일 수 있다. 바꾸어 말하면, 반사형 표시를 행할 때에는, 반사율이 향상되는 것에 의해, 표시 화상을 밝게 할 수 있고, 투과형 표시를 행할 때에는, 투과율이 향상되는 것에 의해, 표시 화상을 밝게 할 수 있다.
(액정 장치의 실시예 3)
도 16은, 본 발명에 따른 액정 장치의 또 다른 실시예로서, 구체적으로는, 3 단자형의 능동 소자인 TFT(Thin Film Transistor) 소자를 스위칭 소자로서 이용하는 액티브 매트릭스형의 반사형 액정 장치에 본 발명을 적용한 경우의 실시예를 나타내고 있다.
여기에 도시하는 액정 장치(41)는, 제 1 기판(2a)과 제 2 기판(2b)을 그들 주변부에 있어서 밀봉재에 의해서 접합하고, 또한 제 1 기판(2a), 제 2 기판(2b) 및 밀봉재에 의해서 둘러싸이는 간격, 즉 셀 갭내에 액정을 봉입하여 액정층(3)을 마련함으로써 형성된다.
제 1 기판(2a)은 유리, 플라스틱 등에 의해서 형성되며, 그 제 1 기판(2a)상에는, 스위칭 소자로서 기능하는 액티브 소자로서의 TFT 소자(42)와, 유기절연막(48)을 그 사이에 두고 TFT 소자(42)의 상층에 형성된 제 1 전극으로서의 화소 전극(5)을 갖는다. 화소 전극(5) 위에는 배향막(10a)이 형성되며, 이 배향막(10a)에 대하여 배향 처리로서의 러빙 처리가 실시된다. 화소 전극(5)은, 예컨대 알루미늄(Al), 은(Ag) 등의 광 반사성의 도전 재료에 의해서 형성된다.
제 1 기판(2a)에 대향하는 제 2 기판(2b)은, 유리, 플라스틱 등으로 형성되며, 그 제 2 기판(2b)상에는, 컬러 필터즉 착색층(23)과, 그 착색층(23) 위에 형성된 제 2 전극으로서의 대향 전극(24)과, 그 대향 전극(24) 위에 형성된 배향막(10b)을 갖는다. 대향 전극(24)은 ITO(Indium Tin Oxide) 등에 의해서 제 2 기판(2b)의 표면 전역에 형성된 면 형상의 전극이다.
착색층(23)은, 제 1 기판(2a) 측의 화소 전극(5)에 대향하는 위치에 R(적색), G(녹색), B(청색) 또는 C(시안색), M(심홍색), Y(황색) 등의 각 색중의 어느 하나의 색 필터 엘리먼트를 갖는다. 그리고, 착색층(23)에 인접하고, 화소 전극(5)에 대향하지 않는 위치에 블랙 마스크 또는 블랙 매트릭스, 즉, 차광막(22)이 마련된다.
또한, 본 실시예에서는, 차광막(22)의 선폭 S1은, 도 12에 도시하는 종래의 액정 장치(100)에서 이용된 차광막(132)의 선폭 S0보다도 한측에서 길이 "d" 만큼 가늘게 설계되어 있다. 이와 같이 설계된 차광막(22)은, 도 16에 도시하는 바와 같이 화소 전극(5)과 대향 전극(24)의 교차 영역으로부터 거리 "d" 만큼 이격된 위치에 배치되어 있다. 또한, 차광막(22)을 평면적으로 보면, 도 17에서 사선으로 나타낸 영역에 배치된다. 도 17에 도시하는 바와 같이, 차광막(22)은 스위칭 소자인 TFT 소자(42)를 덮고 있다.
TFT 소자(42)는, 제 1 기판(2a)상에 형성된 게이트 전극(46)과, 이 게이트 전극(46) 위에서 제 1 기판(2a)의 전역에 형성된 게이트 절연막(47)과, 게이트 절연막(47)과, 게이트 절연막(47)을 사이에 두고 게이트 전극(46)의 윗쪽 위치에 형성된 반도체층(49)과, 반도체층(49)의 한쪽측에 콘택트 전극(45)을 거쳐서 형성된 소스 전극(44)과, 반도체층(49)의 다른 쪽측에 콘택트 전극(44)을 거쳐서 형성된 드레인 전극(43)을 갖는다.
도 17에 도시하는 바와 같이, 게이트 전극(46)은 게이트 버스 배선(29)으로부터 연장되어 있다. 또한, 소스 전극(44)은 소스 버스 배선(28)으로부터 연장되어 있다. 게이트 버스 배선(29)은 제 1 기판(2a)의 종(縱) 방향으로 연장되어 있고 횡 방향으로 등간격으로 평행하게 복수개 형성된다. 또한, 소스 버스 배선(28)은 게이트 절연막(47)(도 16 참조)을 사이에 두고 게이트 버스 배선(29)과 교차하도록 종 방향으로 연장되어 있고 종 방향으로 등간격으로 평행하게 복수개 형성된다.
게이트 버스 배선(29)은 액정 구동용 IC(도시하지 않음)에 접속되어, 예컨대 주사선으로서 작용하며, 한편 소스 버스 배선(28)은 다른 액정 구동용 IC(도시하지 않음)에 접속되어, 예컨대 신호선으로서 작용한다. 또한, 화소 전극(5)은, 도 17에 도시하는 바와 같이, 서로 교차하는 게이트 버스 배선(29)과 소스 버스 배선(28)에 의하여 구획되는 정사각형 영역중에서 TFT 소자(42)에 대응하는 부분을 제외한 영역에 형성된다.
게이트 버스 배선(29) 및 게이트 전극(46)은, 예컨대 크롬, 탄탈룸 등에 의해서 형성된다. 게이트 절연막(47)은, 예컨대 질화 실리콘(SiNX), 산화 실리콘(SiOX) 등에 의해서 형성된다. 반도체층(49)은, 예컨대 도프된 a-Si, 다결정 실리콘, CdSe 등으로 형성된다. 콘택트 전극(45)은, 예컨대 a-Si 등에 의해서 형성된다. 소스 전극(44)과 그와 일체된 소스 버스 배선(28) 및 드레인 전극(43)은, 예컨대 티타늄, 몰리브덴, 알루미늄 등에 의해서 형성된다.
도 16에 도시하는 유기 절연막(48)은, 게이트 버스 배선(29), 소스 버스 배선(28) 및 TFT 소자(42)를 덮고 제 1 기판(2a)상의 전역에 형성되어 있다. 단, 유기 절연막(48)의 드레인 전극(43)에 대응하는 부분에는 콘택트 홀(26)이 형성되며, 이 콘택트 홀(26)의 위치에서 화소 전극(5)과 TFT 소자(42)의 드레인 전극(43)의 도통이 이루어지고 있다. 유기 절연막(48)중에서 화소 전극(5)이 형성되는 영역에는, 볼록부와 오목부가 규칙적으로 또는 불규칙적으로 반복되는 패턴으로 이루어지는 요철(凹凸) 패턴이 형성되어 있다. 이 결과, 유기 절연막(48) 위에 적층되는 화소 전극(5)도 마찬가지로서 요철 패턴으로 이루어지는 광 반사 패턴을 갖게 된다.
본 실시예의 액정 장치(41)는 이상과 같이 구성되어 있기 때문에, 도 16에 있어서, 관찰자측, 즉 제 2 기판(2b)측으로부터 액정 장치(41)의 내부로 입사되는 외부 광은, 액정(3)을 통과하여 광 반사성 재료에 의해서 형성된 화소 전극(5)에 도달하며, 해당 전극(5)에서 반사되어 다시 액정(3)으로 공급된다. 액정(3)은, 주사 신호 및 데이터 신호에 의해서 선택되는 화소 전극(5)과 대향 전극(24) 사이에 인가되는 전압에 의해서 각 화소마다 그 배향이 제어되고, 이것에 의해 액정(3)에 공급된 반사광은 각 화소마다 변조되고, 이에 따라 관찰자측에 문자, 숫자 등의 상이 표시된다.
본 실시예에 따른 액정 장치(41)는, 교차 영역, 즉 영역 a에 있는 액정 및 그 근방의 비교차 영역의 일부 영역, 즉 영역 b에 있는 액정을 구동하여 반사 표시를 행한다. 여기서, 전압 인가시에 영역 b를 통과하는 광은, 영역 b에 있는 액정이 구동되는 것에 의해 편광판(7a) 등에 의해서 흡수된다. 따라서, 제 1 기판(2b)의 영역 b와 대응하는 부분에는 차광막(22)을 마련할 필요가 없다. 이 때문에, 차광막(22)의 선폭을 종래보다도 가늘게 설계할 수 있고, 개구률을 높일 수 있다. 바꾸어 말하면, 반사형 표시를 행할 때에는, 반사율이 향상되는 것에 의해, 표시 화상을 밝게 할 수 있다.
또한, 도 16의 제 1 기판(2a)에 있어서, TFT 소자(42)가 형성된 부분의 판 두께는 그 TFT 소자(42)의 높이만큼 높아지게 되므로, 그 부분의 셀 갭은 다른 부분에 비하여 좁게 되어 있다. 본 실시예에 있어서 경사 전계가 발생하는 영역 b의 부분은 그와 같이 셀 갭이 좁게 되어 있는 부분에 포함되므로, 경사 전계의 세기는 셀 갭이 좁아진 정도만큼 강하게 되고, 그 때문에 차광막(22)의 폭을 한층 더 좁게 하더라도 충분한 차광 효과를 얻을 수 있게 된다. 이 경우, 차광막(22)의 폭을 한층더 좁게 할 수 있다는 것은, 개구률을 보다 높게 할 수 있다는 것이고, 보다 밝은 표시를 얻을 수 있다는 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 화소 전극 등의 제 1 전극의 주연부와 대향 전극 등의 제 2 전극 사이에서 발생하는 경사 전계를 이용하여 액정을 구동하기 때문에, 차광막을 작게 설계할 수 있고, 이것에 의해 개구률을 향상시킬 수 있다.

Claims (18)

  1. 제 1 전극과, 해당 제 1 전극에 교차하여 대향하는 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 마련된 액정을 갖는 액정 장치에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 교차 영역의 외측 위치에 해당 교차 영역으로부터 간격을 두고 떨어져 마련된 차광막과,
    상기 제 2 전극과 평면적으로 겹치도록 마련된 반사막을 구비하되,
    상기 차광막은 상기 제 2 전극과 상기 반사막 사이에 형성되는 것
    을 특징으로 하는 액정 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극의 적어도 한쪽이 복수개 마련되는 것에 의해 상기 교차 영역이 복수개 마련되고,
    상기 차광막은 서로 이웃하는 한 쌍의 교차 영역의 각각으로부터 간격을 두고 떨어져 마련되는 것
    을 특징으로 하는 액정 장치.
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 차광막은 상기 교차 영역을 둘러싸도록 마련되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사막과 상기 제 2 전극 사이에 마련된 착색층을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정을 상기 제 2 전극측으로부터 조명하는 조명 장치를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 반사막은 입사광을 소정의 비율로 반사 및 투과시키는 반투과 반사막인것을 특징으로 하는 액정 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 반사막은 상기 교차 영역내에 개구부를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 스위칭 소자에 접속되고,
    상기 차광막은 상기 스위칭 소자를 덮는 것
    을 특징으로 하는 액정 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 전극, 상기 제 2 전극 및 상기 액정은 노멀리 화이트의 구동 상태(normally white driving state)로 설정되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사막은 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극을 겸하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  12. 제 1 전극과, 해당 제 1 전극에 교차하여 대향하는 제 2 전극과, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 마련된 액정을 갖는 액정 장치에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 교차 영역의 외측 위치에 해당 교차 영역으로부터 간격을 두고 떨어져 마련된 차광막과,
    상기 제 2 전극과 평면적으로 겹치도록 마련된 반사막을 구비하되,
    상기 차광막은 상기 제 2 전극과 상기 반사막 사이에 형성되며,
    상기 액정은 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 형성되는 전계에 의해서 구동되며,
    상기 차광막과 상기 교차 영역 사이의 간극 부분에서는 상기 액정에 경사 전계(oblique electric field)가 인가되는 것
    을 특징으로 하는 액정 장치.
  13. 액정층을 사이에 두고 서로 대향하여 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판에서의 액정층측의 면에 형성된 제 1 전극과,
    상기 제 2 기판에서의 액정층측의 면에 형성된 전극으로서, 상기 제 1 전극과 교차하는 교차 영역과 상기 제 1 전극과 교차하지 않는 비교차 영역을 갖는 제 2 전극과,
    상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판의 외부로부터 입사되는 광을 반사하는 반사막과,
    상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판에서의 상기 액정층측의 면에 형성되고, 상기 제 2 전극의 교차 영역과 그 근방의 비교차 영역의 일부에 대향할 수 있는 면적의 개구 영역을 갖는 차광막을 구비하는 것
    을 특징으로 하는 액정 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 비교차 영역에 면한 액정층중에서 상기 개구 영역에 대응한 액정층은, 상기 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전위차가 발생되는 것에 의해, 상기 교차 영역으로부터 비교차 영역으로 확장되도록 발생하는 경사 방향의 전계에 의해서 구동되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 반사막은 상기 제 2 기판에서의 액정층과는 반대측의 면으로부터 입사되는 광을 투과하는 개구부를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  16. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 상기 제 1 기판에 복수개 형성된 화소 전극이고,
    상기 제 2 전극은 상기 제 2 기판에서의 액정층측의 면에 스트라이프 형상으로 복수개 형성된 대향 전극이며,
    상기 대향 전극은 적어도 상기 각 화소 전극의 전면(全面)과 교차할 만큼의 전극폭을 갖는 것
    을 특징으로 하는 액정 장치.
  17. 제 13 항에 있어서,
    상기 제 2 기판에서의 액정층과는 반대측에 배치된 조명 장치를 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  18. 액정 장치와, 해당 액정 장치를 수용하는 콘테이너를 갖는 전자 기기에 있어서,
    상기 액정 장치는 청구항 1, 청구항 12 또는 청구항 13에 기재된 액정 장치에 의해서 구성되는 것을 특징으로 하는 전자 기기.
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