KR101474567B1 - 액정 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 액정 장치는 한 쌍의 기판과, 상기 기판 사이에 끼워 지지된 액정층을 포함하고, 상기 액정층의 유전 이방성이 정이고, 상기 액정층에 대한 전압 무인가시의 액정의 배향 방향은 상기 액정층에 대한 전압 인가시에 발생하는 횡전계와 평행하다.

액정 장치

Description

액정 장치{LIQUID CRYSTAL APPARATUS}

본 발명은 액정 장치에 관한 것이다. 전형적으로는 디스플레이로서 이용하는 액정 표시 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 광산란 모드로 동작하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

TN(Twisted Nematic) 모드나, 수직 배향(Vertical alignment)을 이용한 VA 모드, 기판면 내에서 스위칭이 행해지는 IPS(In-Plane-Switching) 모드나 FFS(Fringe Field Switching) 모드라는 다양한 액정 모드가 존재하고 있다. 산란형 액정은 광의 산란 상태와 비산란 상태 또는 투과 상태 사이에서 스위칭을 행하는 모드로서, 일반적으로 편광판이 불필요하며, 편광판이 불가결한 상기 액정 모드에 비해 보다 밝은 표시를 할 수 있어서 왕성하게 연구 개발되고 있다.

일반적으로 산란형 액정으로서는 고분자 분산형 액정이 사용된다. 고분자 분산형 액정의 원리가 도 1(a) 및 도 1 (b)를 이용하여 설명한다. 고분자 분산형 액정 장치는 유리 기판(1), ITO 전극(2), 고분자 폴리머(3), 액정 분자(4)를 포함한다. 제조시에, 고분자 모노머를 첨가한 액정을 상하에 전극을 갖는 셀에 주입하고, 그 후 자외선을 조사함에 의해 액정과 고분자의 상(phase) 분리가 일어나 액정은 작은 둥근형상이 되고 그 주위를 중합한 고분자가 둘러싸는 상태가 된다.

전압 무인가시의 상태에서, 도 1(a)와 같이 작은 둥근 형상내의 액정은 랜덤한 방향을 향하고 있고, 그 평균의 굴절율은 주위의 고분자와 다르기 때문에 광이 산란한다. 전압 인가시에는 도 1(b)와 같이 액정이 정(positive)의 유전 이방성(dielectric anisotropy)인 경우, 액정의 장축(major axis)은 전계(E)에 평행하게 되도록 배향한다. 이 때, 액정의 단축(minor axis) 방향의 굴절율이 주위의 고분자 액정의 굴절율과 거의 같게 되는 재료라면 광은 산란하지 않고 투과한다. 이것이 고분자 분산형 액정의 원리이다.

또한, 동적 산란을 이용한 산란형 액정도 존재한다. 이것은 상하에 전극을 갖는 소자에, 일반적으로는 부(negative)의 유전 이방성을 갖는 액정과 이온이 주입되어 있다. 이와 같은 소자에 고전압을 인가하면, 액정에 난류(turbulent flow)가 일어나 광이 산란된다(동적 산란).

종래의 액정 표시 장치는 액정의 두께 방향 또는 종방향으로 전압을 인가하여 표시하는 종방향 전계 방식이 주류이다. 이에 대해 근래 횡전계(transverse electric field)) 방식의 액정 표시 장치가 주목을 받고 있다. 기판면 내에서 스위칭하는 IPS 모드나 FFS 모드이고, 예를 들면 일본국 특허공개공보 특개2005-338264공보호에 기재되어 있다. 횡전계 방식의 액정 표시 장치는 한 쌍의 기판과, 그 간극으로 지지된 액정과, 상기 한 쌍의 기판 중의 한쪽의 기판에 형성된 전극과, 상기 전극을 통하여 기판의 면방향에 따른 횡전계를 액정에 인가한 구동 수단을 가지며, 횡전계에 의해 액정의 배향 상태를 제어하여 표시를 행한다. 종방향 전계 방식 에 비하여, 횡전계 방식의 액정 표시 장치는 광시야각이며 고 콘트라스트인 점에 특징이 있고, 휴대 기기용의 디스플레이로서 주목받고 있다.

횡전계 모드에 관해 도 2(a)의 평면도 및 도 2(b)의 단면도를 이용하여 설명을 행한다. 횡전계 모드에서는 구동 기판(5)상에 공통 전극(6)이 마련되고, 이 공통 전극상에 절연막(7)을 통하여 빗살 형상(comb-shaped pattern)으로 화소 전극(8)이 패턴 형성되고, 이 화소 전극을 덮는 형태로 도시하지 않은 배향막이 마련되어 있다. 그리고, 구동 기판측의 배향막과 대향 기판(9)의 도시하지 않은 배향막 사이에 액정층(10)이 끼워 지지되어 있다. 또한 각 기판을 끼우고 크로스 니콜(crossed Nicol)의 상태로 배치된 편광판(11, 11a)을 구비하고 있다. 여기서 구동 기판측의 배향막의 러빙 방향 및 대향 기판측의 배향막의 러빙 방향, 즉 액정의 배향 방향은 2장의 편광판의 한쪽의 투과축과 일치하고 있다. 또한, 액정층의 유전 이방성이 정인 경우, 러빙 방향과 화소 전극의 연장 방향은 개략 평행하고, 실제로는 전압을 인가한 때에 액정이 회전하는 방향이 규제되도록 각도(θ)로 형성하고 있다.

이와 같은 구성으로 함에 의해, 공통 전극과 화소 전극 사이에 전압을 인가하지 않은 상태에서는 액정층을 구성하는 액정 분자의 배향 방향이 한쪽의 편광판의 투과축과 수직으로, 또한 또 한쪽의 편광판의 투과축과 평행하게 되기 때문에, 흑표시가 된다. 또한 공통 전극과 화소 전극 사이에 전압을 인가한 상태에서는 액정 분자의 배향 방향이 화소 전극 사이에 생기는 횡전계 또는 프린지 필드에 의해, 화소 전극의 연장 방향에 대해 경사 방향으로 회전한다. 이로써 액정층을 통과한 광은 편광 상태가 회전하고, 대향측의 편광판을 투과하여, 백상태가 된다. 이상으로 설명한 횡전계 모드는 프린지 필드 스위칭 모드(FFS 모드)라고 불리는 것이다. 이 밖에의 횡전계 모드로서 예를 들면 IPS 모드가 있다.

전술한 산란형 액정 모드는 일반적으로 전압이 수십볼트로 높은 것이 결점이였다. 또한 고분자를 분산시키기 때문에, 신뢰성도 통상의 액정 모드에 대해 뒤떨어지고 있다. 또한, 전압을 상승시켜 갈 때의 투과율과, 전압을 감소시켜 갈 때의 투과율이 다르다는 이른바 히스테리시스가 존재하는 것도 문제였다. 또한, 동적 산란 모드에 관해서도, 구동 전압이 일반적으로 수십볼트로 높고, 또한 전류가 흐르기 때문에 소비 전력이 컸다. 또한 이온을 첨가하기 때문에, 신뢰성에 관해서도 문제가 있다.

따라서, 본 발명은 이들 과제를 감안하여, 보다 저전압으로 구동 가능한, 횡전계를 이용한 전혀 새로운 산란형 액정 장치를 제안하는 것이다.

본 발명은 소정의 간극을 통하여 서로 접합한 한 쌍의 기판과, 상기 간극내에 지지된 액정층과, 상기 기판 중 적어도 하나의 기판에 형성되고 상기 액정층에 기판과 평행한 횡전계를 인가하는 전극을 가지며, 횡전계를 인가하지 않은 상태에서, 상기 액정층은 광투과 상태를 나타내는 한편, 횡전계를 인가한 상태에서, 상기 액정층은 광산란 상태를 나타내는 것을 특징으로 한다. 전형적으로는 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 끼워 지지하여 이루어지는 액정 장치에 있어서, 상기 액정층의 유전 이방성이 정이고, 전압 무인가시의 액정의 배향 방향은 전압 인가시에 발생하는 횡전계와 평행한 것을 특징으로 하고 있다. 단, 여기서 말하는 "평행"의 의미는 반드시 기하학적으로 엄밀한 의미가 아니고, 본 발명이 효과를 이루는 범위 정도의 허용폭을 갖는 것이다.

종래의 기술에서 언급한 바와 같이 통상의 횡전계 모드에서는 액정의 유전 이방성이 정인 경우에는 전압 무인가시의 액정의 배향 방향은 화소 전극의 연장 방향으로 평행이다. 즉, 전압 인가시에 발생하는 횡전계의 방향과 수직이다. 만약 본 발명과 같은 전압 무인가시의 액정의 배향 방향이 화소 전극의 연장 방향과 수직, 즉, 전압 인가시에 발생하는 횡전계의 방향과 평행한 경우는 전압 인가시에는 액정은 회전하지 않고, 표시 모드에는 통상 사용할 수 없다고 생각된다. 그런데, 본 발명의 소자 구성으로 함에 의해, 전압 인가시에 액정층이 강하게 광을 산란시키는 상태가 되는 것을 처음으로 발견하고, 보다 저전압 구동의 산란형 액정을 제안할 수 있었던 것이다.

또한 본 발명에서는 상기 횡전계는 프린지 필드인 것을 특징으로 하고 있다. 이로써 확실하게, 액정층이 광을 산란하는 상태가 된다.

상기 예에서, 한 쌍의 기판간에 액정층을 끼워 지지하여 이루어지는 액정 장치에 있어서, 상기 기판중 적어도 한쪽의 기판에 있어서의 액정층측에 공통 전극과 빗살 형상의 화소 전극을 절연 상태로 배치하여 이루어지고, 정이고, 전압 무인가시의 액정의 배향 방향은 화소 전극의 연장 방향과 수직인 것을 특징으로 하고 있 다. 이와 같은 구성의 액정 장치로 함에 의해, 확실하게 프린지 필드가 발생하고, 전압 인가시에 액정층이 광을 산란시키는 상태가 된다. 단, 여기서 말하는 "수직"의 의미는 반드시 기하학적으로 엄밀한 의미가 아니고, 본 발명이 효과를 이루는 범위 정도의 허용폭을 갖는 것이다.

또한 본 발명에서는 상기 액정 장치의 공통 전극이 광반사성 또는 저반사성인 것을 특징으로 하고 있다. 공통 전극이 광반사성 또는 저반사성이기 때문에, 새롭게 광반사체나 저반사체를 만들어 넣을 필요가 없고, 공정수의 삭감에 이어진다.

상기 한 쌍의 기판중 한쪽의, 액정층과 접하지 않는측에 광반사판, 또는 저반사판(흑색판)을 배치하고 있다. 광반사판을 배치한 경우, 전압 무인가시에는 외부로부터 입사하여 온 광은 광반사판에서 정반사되기 때문에, 실질적으로 흑상태가 된다. 전압 인가시에는 액정층에서 광이 산란되어, 백상태가 된다. 또한 저반사판을 배치한 경우, 전압 무인가시에는 외부로부터 입사하여 온 광은 저반사판으로 흡수되기 때문에 흑상태가 된다. 또한 전압 인가시에는 액정층에서 광이 산란되어, 백상태가 된다. 이와 같이 편광판을 이용하지 않은 반사형 액정이 가능해진다.

또한, 본 발명에서는 상기 한 쌍의 기판중 한쪽의 기판의 액정층측에, 광반사체 또는 흑색체를 배치한 것을 특징으로 한다. 이 경우, 기판의 내부에 광반사체 또는 저반사체가 배치되어 있기 때문에, 전술한 바와 같이 외부에 광반사판이나 저반사판을 배치할 필요가 없고, 박형화가 가능해진다.

또한 본 발명에서는 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 끼워 지지하여 이루어지는 액정 장치에 있어서, 상기 액정층의 유전 이방성이 정이고, 하나의 화소 내의 액정의 배향 방향이 적어도 2개 이상 있고, 각각의 배향 방향의 영역에 있어서, 전압 무인가시의 액정의 배향 방향은 전압 인가시에 발생하는 횡전계와 평행한 것을 특징으로 한다. 한 양태로는 상기 한 쌍의 기판중 적어도 한쪽의 기판의 액정층측에 있는 면에, 공통 전극과 적어도 2개 이상의 연장 방향을 갖는 빗살 형상의 화소 전극을 서로 절연 상태로 배치하여 프린지 필드를 발생하고, 상기 액정층의 유전 이방성이 정이고, 연장 방향에 대응한, 각각의 액정의 전압 무인가시의 액정의 배향 방향은 빗살 형상의 화소 전극의 연장 방향과 수직이다. 여기서 말하는 "수직"의 의미도 반드시 기하학적으로 엄밀한 의미가 아니고, 본 발명이 효과를 이루는 범위 정도의 허용폭을 갖는 것이다.

이상과 같이 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 끼워 지지하여 이루어지는 액정 장치에 있어서, 상기 액정층의 유전 이방성이 정이고, 전압 무인가시의 액정의 배향 방향은 전압 인가시에 발생하는 횡전계와 개략 평행한 것을 특징으로 하는 액정 장치로 함에 의해, 종래보다도 저전압의 광산란형 액정 모드를 실현할 수 있다. 또한 상기 횡전계는 프린지 필드임에 의해, 보다 확실하게 광이 산란되는 상태가 된다. 이러한 구성을 갖는 액정 장치는 디스플레이로서 유용하다. 또는 산란 상태로 하여, 반대쪽을 보이지 않게 하는 프라이버시 필름과 같은 용도에도 응용 가능하다.

또한 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 끼워 지지하여 이루어지는 액정 장치에 있어서, 상기 기판중 적어도 한쪽의 기판에 있어서의 액정층측에 공통 전극과 빗살 형상의 화소 전극을 절연 상태로 배치하여 이루어지고, 상기 액정층의 유전 이방성이 정이고, 전압 무인가시의 액정의 배향 방향은 화소 전극의 연장 방향과 거의 수직인 액정 장치로 함에 의해, 확실하게 광이 산란되는 광산란형 액정을 실현할 수 있다.

또한 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 끼워 지지하여 이루어지는 액정 장치에 있어서, 상기 액정층의 유전 이방성이 정이고, 하나의 화소 내의 액정의 배향 방향이 적어도 2개 이상 있고, 각각의 배향 방향의 영역에 있어서, 전압 무인가시의 액정의 배향 방향은 전압 인가시에 발생하는 횡전계와 개략 평행하게 함으로써, 전압을 인가한 때의 산란 강도의 방향 의존성을 적게 할 수 있다.

본 발명의 상기 및 그 이외의 목적, 특징 및 장점은 동일 요소에 동일 부호가 붙은 첨부 도면을 참조하여 이하의 설명 및 청구 범위로부터 자명할 것이다.

이하, 본 발명의 실시의 형태를 도면에 의거하여 설명한다. 먼저, 실시예 1을 설명한다. 본 발명의 실시예 1에서 이용한 액정 표시 장치의 구동 기판측에 관해 도 3을 이용하여 설명한다. 유리 기판(1)상에는 공통 전극이 되는 ITO 전극(15)이 스퍼터에 의해 전체면에 성막되어 있다. 그 위에, SiNx가 절연막(16)으로서 성막되고, 그 위에 포토 리소그래피에 의해 빗살 형상으로 패터닝된 ITO의 화소 전극(17)이 마련되어 있다. 이 빗살 전극은 Line/space = 3㎛/3㎛으로 하였다. 또한 그 위에 도시하지 않은 배향막이 전체면에 도포, 성막되어 있다. 본 실시예에서는 배향막으로서 닛산화학공업 주식회사제 SE7492를 사용하였다. 그리고 도시한 바와 같이 빗살 전극의 연장 방향, 즉 긴변 방향에 대해 수직 방향으로 러빙이 시행되어 있다.

다음에, 대향 기판(1a)에 관해, 마찬가지로 도 3을 이용하여 설명한다. 유리 기판(1a)상에 배향막이 도포, 성막되고, 러빙이 시행되어 있다. 배향막으로서 닛산화학공업 주식회사제 SE7492를 사용하였다. 이것은 폴리이미드계의 배향막 재료이다.

상기 구동 기판(1)과 대향 기판(1a)은 도 3에 도시하는 바와 같이 배향막이 서로 마주보는 형태로, 또한, 구동 기판(1)의 러빙 방향과 대향 기판(1a)의 러빙 방향이 도시하는 바와 같이 안티패럴렐 러빙이 되도록 접합되어 있다. 또한 구동 기판과 대향 기판 사이에는 기판 사이의 갭이 일정하게 유지되도록, 스페이서제가 적량 살포되어 있고, 갭은 3㎛이 되도록 스페이서 지름을 조정하였다. 그 갭부에는 주입 공정에 의해 정의 유전 이방성을 갖는 액정이 봉입되어 있다. 액정 재료로서, 정의 유전 이방성을 갖는 마크 주식회사제, MLC-7021-100을 사용하였다. 이 때, 전압 무인가시의 액정의 배향은 러빙된 방향, 즉 빗살 전극의 연장 방향 또는 긴변 방향에 대해, 수직 방향이 된다. 이와 같은 액정 표시 장치의 공통 전극과 화소 전극 사이에 전압을 인가한 경우, 발생하는 프린지 필드, 즉 횡전계는 빗살 전극의 연장 방향에 대해 직교 방향이 된다.

상기 액정 표시 장치의 공통 전극과 화소 전극에, 60Hz의 교류 구형파를 진폭 10V로 인가한 때의 액정의 텍스처의 양상을 이하에 상세히 기술한다. 관찰하기 쉽도록, 크로스 니콜로 배치된 편광판 사이에 액정 표시 장치를 삽입하고, 한쪽의 편광판의 투과축과 러빙 방향이 이루는 각도가 20도인 상태에서 현미경 관찰을 행하였다. 현미경 사진을 도 4로서 도시한다. 도시하는 바와 같이 액정의 텍스처는 "경계가 명확하고 경계 내부가 비교적 어두운" 도메인(DD)과, "경계가 불명확하고 경계 내부가 비교적 밝은" 도메인(DB)이 교대로 비교적 규칙적으로 나열하여 있다.

이하 액정의 텍스처의 도 5(a) 내지 도 6(b)를 참조하여 상세히 설명한다. 인가 전압의 진폭이 5V인 때까지는 현저한 변화는 나타나지 않았다. 진폭이 6V인 때, 도 5(a)에 도시하는 바와 같이 빗살 전극의 ITO-ITO 사이에 도시하는 바와 같은 도메인이 나타나기 시작하였다. 이 도메인은 빗살에 따라, "경계가 명확하고 경계 내부가 비교적 어두운" 도메인(DD)과, "경계가 불명확하고 경계 내부가 비교적 밝은" 도메인(DB)이 교대로 나열하고 있다. 또한 진폭이 7V인 때, 도 5(b)에 도시하는 바와 같이 빗살의 전극상에도 같은 도메인이 나타나기 시작하였다. 그 후 진폭을 10V까지 상승시키면, 도메인에 현저한 변화는 나타나지 않았지만, 산란 강도가 늘어나고 있다. 이와 같은 미소한 도메인이 생김으로써, 도메인 사이에 굴절율의 경계사 생기고 광을 강하게 산란하는 것을 알았다.

다음에, 이 도메인이 어떤 배향을 하고 있는지 조사하기 위해, 러빙 방향과 편광판이 이루는 각도가 -20도인 상태에서 현미경 관찰을 행하였다. 그러면 도 6(a) 및 도 6(b)에 도시하는 바와 같이 지금까지 "경계가 명확하였던 도메인"(DD)은 "경계가 불명확한 도메인"(DB)이 되고, "경계가 불명확하였던 도메인"(DB)은 "경계가 명확한 도메인"(DD)으로 변화하였다. 이 현상과, 크로스 니콜로 하여도 광이 투과하여 오는 것을 감안하면, 이 "경계가 명확한 도메인"(DD)과 "불명확한 도 메인"(DB)은 서로 역방향에 트위스트한, 트위스트 배향 상태라고 평가된다.

종래의 기술에서 언급한 바와 같이 통상의 횡전계 모드에서는 액정의 유전 이방성이 정인 경우에는 전압 무인가시의 액정의 배향 방향은 화소 전극의 연장 방향에 개략 평행하다. 즉, 전압 인가시에 발생하는 횡전계의 방향과 거의 수직이다. 만약 본 발명과 같은 전압 무인가시의 액정의 배향 방향이 화소 전극의 연장 방향과 수직, 즉, 전압 인가시에 발생하는 횡전계의 방향과 평행한 경우는 전압 인가시에는 액정은 회전하지 않아, 표시 모드에는 통상 사용할 수 없다고 생각된다. 그런데, 본 발명의 소자 구성으로 함에 의해, 전압 인가시에 액정층이 강하게 광을 산란시키는 상태가 된 것을 처음으로 발견하고, 보다 저전압 구동의 산란형 액정을 제안할 수 있었던 것이다.

다음에 실시예 2에 관해 설명한다. 실시예 2는 실시예 1의 액정 표시 장치 또는 액정 패널에 경면판 또는 광반사판을 조합시킨 것이다. 도 7과 같이 실시예 1에서 이용한 액정 표시 장치의 액정층과 접하지 않는 측에, 유리 기판에 Al가 전체면 스퍼터된 경면판(18)을 설치하고, 분광측색계(RD)로 확산 반사율을 측정하였다. 분광측색계(RD)로서, 미노르타제의 CM2002를 이용하고, 전압을 인가하여 간 때의 확산 반사율을 측정하였다. 분광측색계(RD)는 발광 포트(19), 수광부(20), 적분구(integrating sphere)(21), 정반사 성분을 놓아주기 위한 해치(22) 등을 가진다. 정반사성분을 제외하도록, 분광측색계(RD)의 해치(22)를 오픈으로 한 상태에서 측정하였다.

그 때의 결과를 도 8에 도시한다. 이와 같이 인가 전압 10V에서는 확산 반사 율 20이고 콘트라스트 16을 달성할 수 있다. 또한 전압을 증가시켜 간 경우와, 감소시켜 간 경우에 확산 반사율에 차는 없고, 히스테리시스는 없는 것을 확인할 수 있었다. 이상과 같이 편광판을 이용하지 않은 상태에서 저전압의 산란형의 반사형 액정 표시 장치를 실현할 수가 있었다. 그리고 확산 반사율의 값은 완전 백색판의 반사율을 100으로 한 경우의 비율을 나타내고 있다.

이하, 다음에, 실시예 3에 관해 설명한다. 실시예 3은 실시예 2에 있어서, 경면판(18) 대신에, 유리 기판에 크롬과 산화 크롬이 스퍼터된 저반사판 또는 흑색판을 설치한 것이다. 저반사판은 광흡수성이고 흑색을 띈다. 실시예 2와 마찬가지로 미노르타제의 분광측색계 CM2002로 전압을 인가한 때의 확산 반사율을 측정하였다. 이 때, 전압의 진폭 10V에서는 확산 반사율 7이고 콘트라스트 9가 되고, 실시예 2보다도 낮은 값이 되었다. 이것은 실시예 2에서는 액정층에 의해 전방 산란한 광이 경면판에서 반사하기 때문에, 반사율이 높고, 그 결과 콘트라스트도 높았지만, 저반사판을 두면, 전방 산란한 광이 저반사판에 의해 흡수되어 버리기 때문이다. 그 결과, 반사율이 낮게 콘트라스트도 감소한다. 그러나, 실시예 2와 같이 경면판을 설치한 경우는 흑상태인 때, 주위의 비쳐짐이 있지만, 저반사판을 둔 경우는 그것이 개선된다는 이점이 있다.

다음에 실시예 4를 설명한다. 실시예 4는 실시예 1에서 이용한 액정 표시 장치에 있어서, 공통 전극을 Ag 금속막으로 한 액정 표시 장치를 작성하였다. 그 밖은 실시예 1에서 이용한 액정 표시 장치와 마찬가지이다. 이와 같은 소자 구성으로 함에 의해 외부에 경면판을 설치하는 일 없이 실시예 2보다도 박형의 반사형 액정 표시 장치를 작성할 수 있다. 즉 Ag 금속막으로 이루어지는 공통 전극이 표면 부착의 경면판의 대용으로 되어 있다. 기판중 한쪽의 기판의 액정층측에 있는 면에, 광반사체를 배치한 구성이다.

다음에 실시예 5를 설명한다. 실시예 5는 실시예 1에서 이용한 액정 표시 장치에 있어서, 공통 전극을 크롬과 산화 크롬의 복층으로 한 액정 표시 장치를 작성하였다. 그 밖은 실시예 1에서 이용한 액정 표시 장치와 마찬가지이다. 이와 같은 소자 구성으로 함에 의해 외부에 저반사판을 설치하는 일 없이 실시예 3보다도 박형의 반사형 액정 표시 장치를 작성할 수 있다. 즉, 크롬과 산화 크롬의 복층으로 이루어지는 저반사성의 공통 전극이 표면 부착의 흑색판 대용으로 되어 있다. 한 쌍의 기판중 한쪽의 기판의 액정층측에 있는 면에, 흑색체를 배치한 구성이다.

다음에 도 9를 참조하여 실시예 6을 설명한다. 실시예 2에서 이용한 액정 표시 장치를 관찰하면, 빗살 전극의 연장 방향으로 산란한 산란 강도가, 연장 방향에 대해 수직 방향의 산란 강도에 비하여, 약간 약하였다. 그래서 실시예 1에서 이용한 셀에서, 도 9와 같이 빗살 형상의 전극의 연장 방향이 2종류 있는 화소 전극(17)의 ITO 패턴을 작성하였다. 이 2개의 연장 방향은 직교하고 있다. 이 ITO 패턴을 형성 후, 배향막을 도포 성막한 후, 한 번 전체면을 A'의 방향으로 러빙 하였다. 그 후, 레지스트를 도포 성막하고, 포토 리소그래피에 의해, B의 영역만의 레지스트를 박리한 후, 재차, B'의 방향으로 러빙을 행하였다. 그리고, 레지스트를 박리하였다. 이와 같은 분할 배향의 공정을 경유함에 의해, A의 영역, 및 B의 영역의 배향 방향은 각각, 빗살의 연장 방향에 대해, 수직 방향이 된다.

한편, 대향 기판(1a)에 대해서도, 배향막을 도포 성막한 후, 마찬가지의 분할 배향의 공정을 경유한 후, 2개의 기판(1, 1a)를 접합하였다. 이 때, A의 영역 및 B의 영역의 배향은 도 9와 같이 각각, 안티패럴렐 러빙이 되도록 접합되었다. 이와 같은 구성의 액정 표시 장치에서는 전압을 인가한 때의 산란 강도의 방향 의존성이 적어진 것을 확인할 수 있었다.

이상, 본 발명의 실시예를 나타내어 왔지만, 이들은 도 10에서 도시한 바와 같은 액티브 매트릭스에 적용되어도, 완전히 마찬가지인 것은 말할 것도 없다. FFS 모드의 액정 표시 장치에 있어서, 액티브 매트릭스 구동시키는 경우에는 도 10에 도시하는 바와 같이 구동 기판상에 행렬형상으로, 복수의 주사선(12)과 신호선(13)이 배선되고, 이들 각 교차부에 슬릿형상(빗살 형상)의 화소 전극(17)이 마련되어 있고, TFT(14)에 의해 구동되고 있다.

도 11(a) 및 도 11(b)는 도 10에 도시한 액티브 매트릭스 형횡전계 방식(FFS 모드)의 액정 표시 장치의 한 화소분을 도시하는 모식도이고, (a)는 1화소분의 평면도, (b)는 마찬가지로 1화소분의 단면도이다. (a)에 도시하는 바와 같이 액정 표시 장치를 구성하는 기판의 위에는 행형상의 주사선(12)과 열형상의 신호선(13)이 형성되어 있다. 주사선(12)과 신호선(13)은 격자형상으로 교차하고 있고, 정확히 하나의 격자가 1화소에 대응하고 있다. 화소에는 공통 전극(15)과 화소 전극(17)이 형성되어 있다. 화소 전극(17)은 층간 절연막을 통하여 공통 전극(15)의 위에 배치되어 있고, 빗살 형상의 패턴을 갖는다. 화소 전극(17)과 공통 전극(15) 사이에 전압을 인가하여, 횡전계를 액정에 가하여 그 배향 상태를 스위칭한다. 화소 전 극(17)에 전압을 인가하기 위해, 박막 트랜지스터(TFT)(14)가 각 화소에 형성되어 있다. TFT의 게이트 전극은 대응하는 주사선(12)에 접속하고, 소스 전극은 대응하는 신호선(13)에 접속하고, 드레인 전극은 콘택트(30)을 통하여 대응하는 화소 전극(17)에 접속하고 있다. 각 화소의 공통 전극(15)은 공통의 전위에 접속하고 있다.

도 11(b)에 도시하는 바와 같이 액정 표시 장치는 소정의 간극을 통하여 대향 배치한 한 쌍의 기판(1, 1a)과, 이 간극에 배치된 액정(10)으로 이루어진다. 상부 투명 기판(1a)의 내표면에는 컬러 필터(31)와 배향막(32)이 적층되어 있다.

하부 투명 기판(1)에는 전술한 공통 전극(15)과, 층간 절연막(16)을 통하여 공통 전극(15)의 위에 배치된 빗살 형상의 패턴을 갖는 화소 전극(17)과, 화소 전극(17)의 위에 배치되고 액정(10)을 배향하는 배향막(33)(배향층)과, 화소 전극(17)과 공통 전극(15) 사이에 전압을 인가하여 액정층(10)의 배향 상태를 변화시키는 스위칭 수단을 갖는다. 본 실시 형태에서는 전술한 바와 같이 이 스위칭 수단은 박막 트랜지스터(TFT)(14)이다. 박막 트랜지스터(TFT)는 층간 절연막(37)으로 피복되어 있고, 콘택트 홀(36)을 통하여 화소 전극(17)에 접속하고 있다. 구체적으로는 이 박막 트랜지스터(TFT)는 그 게이트(G)가 주사선(12)(도시 생약)에 접속하고 있다. 이 게이트(G)의 위에 게이트 절연막(35)를 통하여 반도체 박막이 형성되어 있고, 소스와 드레인으로 나뉘어져 있다. 소스는 전술한 바와 같이 신호선(13)에 접속하고, 드레인은 콘택트 홀(36)을 통하여 화소 전극(17)에 접속하고 있다.

공통 전위에 접속된 공통 전극(15)에 대해 화소 전극(17)측에 영상 신호에 응한 전압을 인가하면, 액정층(10)에 횡전계가 가하여지고, 그 배향 상태가 스위칭하여 광산란 상태가 되고, 액정의 투과율이 영상 신호에 응하여 변조를 받는다. 또한 횡전계 방식은 공통 전극(15)과 화소 전극(17)을 절연막으로 칸막은 FFS 모드로 한정되는 것이 아니고, 동일 평면상에서 빗살 형상의 전극을 조합시킨 IPS 모드나 그 밖의 모드라도 좋다. 기본적으로 횡전계 방식은 기판면 내에서 스위칭하는 모든 모드를 포함한다.

이상 설명함 바와 같이 본 발명에 관한 액정 표시 장치는 소정의 간극을 통하여 서로 접합한 한 쌍의 기판(1, 1a)과, 간극에 지지된 액정층(10)과, 적어도 편방의 기판(1)에 형성되고 액정층(10)에 기판(1)과 평행한 횡전계를 인가하는 전극(17)을 가지며, 횡전계를 인가하지 않은 상태에서, 액정층(10)은 광투과 상태를 나타내는 한편, 횡전계를 인가한 상태에서, 액정층(10)은 광산란 상태를 나타내는 것을 특징으로 한다. 한 양태로는 액정층(10)은 정의 유전 이방성을 갖는 액정 재료로 이루어지고, 액정층(10)은 횡전계를 인가하지 않은 상태에서, 횡전계와 평행한 방향으로 배향하고 있다. 다른 양태로는 액정층(10)은 부의 유전 이방성을 갖는 액정 재료로 이루어지고, 액정층(10)은 횡전계를 인가하지 않은 상태에서, 횡전계와 직교하는 방향으로 배향하고 있다.

가장 기본적인 형태로서, 본 발명의 액정 표시 장치는 소정의 간극을 통하여 서로 접합한 한 쌍의 기판(1, 1a)과, 간극에 지지된 액정층(10)과, 적어도 편방의 기판(1)에 형성되고 액정층(10)에 대해 소정의 방향으로 전계를 인가하는 전극(15, 17)을 가지며, 액정층(10)은 정의 유전 이방성을 갖는 액정 재료로 이루어지고, 액 정층(10)은 전계를 인가하지 않은 상태에서, 이 전계와 평행한 방향으로 배향하고 있다. 또는 액정층(10)은 부의 유전 이방성을 갖는 액정 재료로 이루어지고, 액정층(10)은 전계를 인가하지 않은 상태에서, 이 전계와 직교하는 방향으로 배향하고 있다.

본 발명에서 개시된 실시의 형태는 모든 점에서 예시이고 제한적인 것이 아니라고 생각하여야 할 것이다. 본 발명의 범위는 상기한 설명이 아니라 특허청구의 범위에 의해 나타나고 특허청구의 범위와 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경이 포함되는 것이 의도된다.

도 1(a)는 고분자 분산형 액정의 전압 무인가시의 상태를 설명하는 모식도이고, 도 1(b)는 고분자 분산형 액정의 전압 인가시의 상태를 설명하는 모식도.

도 2(a)는 일반적인 FFS 모드를 설명하는 평면도이고, 도 2(b)는 일반적인 FFS 모드를 설명하는 단면도.

도 3은 실시예 1에서 이용한 액정 표시 장치의 모식도.

도 4는 본 발명에 관한 액정 표시 장치의 광산란 상태를 확대 표시한 현미경 사진도.

도 5(a)는 실시예 1에서 이용한 액정 표시 장치의 인가 전압이 6V인 경우의 편광 현미경 관찰 결과를 도시한 모식도이고, 도 5(b)는 실시예 1에서 이용한 액정 표시 장치의 인가 전압이 7V인 경우의 편광 현미경 관찰 결과를 도시한 모식도.

도 6(a) 및 도 6(b)는 실시예 1에서 이용한 액정 표시 장치의, 러빙 방향과 편광판의 투과축이 이루는 각이 20도인 때와 -20도인 때의 편광 현미경 관찰 결과를 각각 도시한 모식도.

도 7은 실시예 2, 3에서 이용한, 액정 표시 장치의 확산광에서의 반사율 측정시의 모식도.

도 8은 실시예 2에서 이용한 액정 표시 장치의, 전압을 증가시켜 간 때의 확산 반사율과, 감소시켜 간 때의 확산 반사율의 측정 결과도.

도 9는 실시예 6에서 이용한 액정 표시 장치의 모식도.

도 10은 FFS 모드의 액티브 매트릭스 구동 기판의 평면도.

도 11(a) 및 도 11(b)는 도 10에 도시한 액티브 매트릭스형 표시 장치의 한 화소분을 각각 도시하는 모식적인 평면도 및 단면도.

Claims (20)

1. 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 끼워 지지하여 이루어지는 산란형의 액정 장치에 있어서,

   상기 한 쌍의 기판중 한쪽의 기판의 상기 액정층측에 있는 면에 프린지 필드를 발생시키도록 공통 전극과 빗살 형상의 화소 전극을 서로 절연 상태로 배치하고,

   상기 한 쌍의 기판의 각각에서 상기 액정층측의 면에 형성된 배향막에 상기 빗살 형상의 화소 전극의 연장 방향에 대해 수직 방향으로 안티패럴렐 러빙이 시행되고,

   상기 액정층을 정의 유전 이방성을 갖는 것으로 하여 전압 무인가시의 액정의 배향 방향을 전압 인가시에 발생하는 횡전계와 평행하게 하고,

   상기 횡전계를 인가하지 않은 상태에서 상기 액정층이 광투과 상태를 나타내는 한편, 상기 횡전계를 인가한 상태에서는, 상기 빗살 형상의 화소 전극 사이에 나타나는 도메인의 사이에 굴절률의 경계가 생겨서 광을 강하게 산란함에 의해 상기 액정층이 광산란 상태를 나타내는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 한 쌍의 기판중 한쪽의 기판의 상기 액정층과 접하지 않는 면에 광반사판 또는 흑색판을 배치한 것을 특징으로 하는 액정 장치.
3. 제 1항에 있어서,

   상기 한 쌍의 기판중 한쪽의 기판의 액정층에 있는 면에 광반사체 또는 흑색체를 배치한 것을 특징으로 하는 액정 장치.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 공통 전극이 광반사성 또는 저반사성인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
5. 한 쌍의 기판 사이에 액정층을 끼워 지지하여 이루어지는 산란형의 액정 장치에 있어서,

   상기 한 쌍의 기판중 한쪽의 기판의 상기 액정층측에 있는 면에 프린지 필드를 발생시키도록 공통 전극과 빗살 형상의 화소 전극을 서로 절연 상태로 배치하고,

   상기 한 쌍의 기판의 각각에서 상기 액정층측의 면에 형성된 배향막에 상기 빗살 형상의 화소 전극의 연장 방향에 대해 수직 방향으로 안티패럴렐 러빙이 시행되고,

   상기 액정층을 정의 유전 이방성을 갖는 것으로 하여, 하나의 화소 내의 액정의 배향 방향이 적어도 2개 이상 있고, 각각의 배향 방향의 영역에서, 전압 무인가시의 액정의 배향 방향을 전압 인가시에 발생하는 횡전계와 평행하게 하고,

   상기 횡전계를 인가하지 않은 상태에서 상기 액정층이 광투과 상태를 나타내는 한편, 상기 횡전계를 인가한 상태에서는, 상기 빗살 형상의 화소 전극 사이에 나타나는 도메인의 사이에 굴절률의 경계가 생겨서 광을 강하게 산란함에 의해 상기 액정층이 광산란 상태를 나타내는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
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