KR101813416B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

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군페이 고바야시
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가부시키가이샤 오루투스 테크놀로지
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Abstract

본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 대향 배치된 제 1 및 제 2 기판(21, 22)과, 상기 제 1 및 제 2 기판(21, 22)에 끼워지고, P형의 액정 분자를 갖고, 무전계시에 수직 배향으로 되고, 그 탄성 정수가 13 pN 이상 또한 15 pN 이하인 액정층(23)과, 반사 영역 및 투과 영역을 갖고, 상기 반사 영역 및 상기 투과 영역의 셀 갭이 동일한 화소와, 상기 제 1 기판(21)에 라인 형상으로 마련된 1개의 화소 전극(25)과, 상기 화소 전극(25)을 끼우도록 하여 상기 제 1 기판(21)에 마련된 제 1 공통 전극(40)과, 상기 제 2 기판(22)에 마련된 제 2 공통 전극(29)과, 상기 화소 전극(25)의 일부에 겹치도록 하여 상기 반사 영역에 마련되고, 도전 재료로 이루어지는 반사막(24)을 포함한다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY APPARATUS}
본 발명은, 액정 표시 장치에 관한 것이며, 특히 투과형의 표시와 반사형의 표시를 양립하는 반투과형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
옥외 시인성을 향상시키는 액정 표시 장치로서, 투과 모드 및 반사 모드의 양쪽으로 화상을 표시 가능한 반투과형 액정 표시 장치가 알려져 있다. 이 반투과형 액정 표시 장치는, 액정 셀 내부에 마련하는 반사 금속막을 패터닝하여 반사 영역과 투과 영역을 형성하고, 1개의 표시 화소를 반사 영역과 투과 영역으로 분할한다. 그리고, 반사 영역과 투과 영역의 비율을 변경함으로써, 광학 특성의 최적화를 도모하고 있다. 또한, 반사 영역에 투명 단차막 등을 마련하여, 반사 영역과 투과 영역의 셀 갭을 변경하여(멀티 갭) 광학 특성의 최적화를 도모하고 있다(예를 들면, 특허문헌 1 및 특허문헌 2를 참조).
이러한 멀티 갭을 가진 액정 표시 장치에서는, 반사 영역과 투과 영역의 사이에 단차가 형성되기 때문에, 이 단차의 경계에 배향 불량이 생겨, 광 누설이 일어난다. 이 때문에, 콘트라스트가 저하되어 버린다고 하는 문제가 있다. 또, 콘트라스트 저하를 막기 위해서, 그 단차 부분을 차광한 경우에는, 유효 개구율이 저하되어 버린다고 하는 문제가 있다.
또, 셀 갭을 변경하기 위해서 반사 영역에 투명 단차막이 필요하기 때문에, 투과형 액정 표시 장치 등과 비교하여 제조 공정이 증가해 버린다. 또한, 반사 영역에 투명 단차막을 형성할 때에, 반사 영역을 일부분에 집중해서 배치하는 등, 반사 영역의 배치에도 제약이 있다고 하는 문제가 있다. 특히, 300 ppi(pixels per inch)를 넘는 고정밀 패널에서는 상기 영향이 크고, 고정밀 패널을 반투과형으로 하는 것은 매우 곤란하다.
또, 일반적으로, 액정층의 두께 방향으로 전압을 걸어, 두께 방향의 모든 액정 분자를 똑같이 움직여서 표시 동작을 행하는 경우, 응답 속도의 고속화를 실현하기에 불리하게 된다.
일본 공개 특허 공보 제 2003-262852 호 일본 공개 특허 공보 제 2003-270627 호 일본 공개 특허 공보 제 2011-149966 호 일본 공개 특허 공보 제 2011-149967 호
본 발명은, 반사 표시와 투과 표시를 양립시키면서, 응답 속도 및 표시 성능을 향상시키는 것이 가능한 액정 표시 장치를 제공한다.
본 발명의 일 형태에 따른 액정 표시 장치는, 대향 배치된 제 1 및 제 2 기판과, 상기 제 1 및 제 2 기판에 끼워지고, P형의 액정 분자를 갖고, 무전계시에 수직 배향으로 되고, 그 탄성 정수가 13pN 이상 또한 15pN 이하인 액정층과, 반사 영역 및 투과 영역을 갖고, 상기 반사 영역 및 상기 투과 영역의 셀 갭이 동일한 화소와, 상기 제 1 기판에 라인 형상으로 마련된 1개의 화소 전극과, 상기 화소 전극을 끼우도록 하여 상기 제 1 기판에 마련된 제 1 공통 전극과, 상기 제 2 기판에 마련된 제 2 공통 전극과, 상기 화소 전극의 일부에 겹치도록 하여 상기 반사 영역에 마련되고, 도전 재료로 이루어지는 반사막을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 반사 표시와 투과 표시를 양립시키면서, 응답 속도 및 표시 성능을 향상시키는 것이 가능한 액정 표시 장치를 제공할 수가 있다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 블럭도.
도 2는 액정 표시 패널의 회로도.
도 3은 액정 표시 장치의 단면도.
도 4는 화소의 평면도.
도 5는 도 4의 평면도 중 반사막을 제외한 평면도.
도 6은 도 4의 A-A'선에 따른 화소의 단면도.
도 7은 도 4의 B-B'선에 따른 화소의 단면도.
도 8은 도 4의 C-C'선에 따른 화소의 단면도.
도 9(a)는 전계를 인가하지 않는 상태에서의 투과 영역의 액정층의 배향 상태를 설명하는 도면.
도 9(b)는 전계를 인가하지 않는 상태에서의 반사 영역의 액정층의 배향 상태를 설명하는 도면.
도 10(a)는 전계를 인가한 상태에서의 투과 영역의 액정층의 배향 상태를 설명하는 도면.
도 10(b)는 전계를 인가한 상태에서의 반사 영역의 액정층의 배향 상태를 설명하는 도면.
도 11은 실시예에 따른 액정 표시 장치의 응답 특성을 나타내는 그래프.
도 12는 비교예에 따른 액정 표시 장치의 응답 특성을 나타내는 그래프.
도 13은 VA 모드에 있어서의 액정 분자의 동작의 모식도.
도 14는 IPS 모드에 있어서의 액정 분자의 동작의 모식도.
이하, 실시 형태에 대해 도면을 참조하여 설명한다. 다만, 도면은 모식적 또는 개념적인 것이며, 각 도면의 치수 및 비율 등은 반드시 현실의 것과 동일하다고는 할 수 없다는 것에 유의해야 한다. 또, 도면의 상호간에 동일 부분을 나타내는 경우에도, 서로의 치수의 관계나 비율이 상이하게 나타내는 경우도 있다. 특히, 이하에 나타내는 몇개의 실시 형태는, 본 발명의 기술 사상을 구체화하기 위한 장치 및 방법을 예시한 것이며, 구성 부품의 형상, 구조, 배치 등에 따라서, 본 발명의 기술 사상이 특정되는 것은 아니다. 또, 이하의 설명에 있어서, 동일의 기능 및 구성을 가진 요소에 대해서는, 동일 부호를 부여하고, 중복 설명은 필요한 경우에만 행한다.
[1. 액정 표시 장치의 전체 구성]
본 실시 형태의 액정 표시 장치는, 1 화소 내에, 외광을 선택적으로 반사함으로써 화상을 표시하는 반사부와, 백라이트 광을 선택적으로 투과함으로써 화상을 표시하는 투과부를 가진 반투과형 액정 표시 장치이다. 또, 본 실시 형태에서는, 일례로서, 액티브 매트릭스형의 액정 표시 장치에 대해 설명한다.
도 1은 본 실시 형태에 따른 액정 표시 장치의 블럭도이다. 액정 표시 장치는, 액정 표시 패널(10), 게이트 드라이버(주사선 드라이버)(11), 소스 드라이버(신호선 드라이버)(12), 및 컨트롤러(13)를 구비하고 있다.
액정 표시 패널(10)에는, 각각이 로우(row) 방향으로 연장하는 복수의 주사선(GL1~GLm)과, 각각이 컬럼(column) 방향으로 연장하는 복수의 신호선(SL1~SLn)이 배열되어 있다. 1개의 주사선(GL)과 1개의 신호선(SL)의 교차 영역에는, 1개의 화소가 배치된다.
게이트 드라이버(11)는, 컨트롤러(13)에 의한 제어에 근거하여, 주사선(GL1~GLm)에 차례로, 주사 신호를 공급한다. 소스 드라이버(12)는, 컨트롤러(13)에 의한 제어에 근거하여, 각 행의 스위칭 소자가 주사 신호에 의해 온(ON)되는 타이밍에, 신호선(SL1~SLn)에 영상 신호를 공급한다. 이것에 의해, 화소에 포함되는 화소 전극은, 스위칭 소자를 거쳐서 공급되는 영상 신호에 따른 화소 전위로 설정된다. 컨트롤러(13)는, 게이트 드라이버(11) 및 소스 드라이버(12)를 제어함과 아울러, 액정 표시 패널(10)에 공통 전압(Vcom)(예를 들면 0V)를 공급한다.
도 2는 액정 표시 패널(10)의 회로도이다. 액정 표시 패널(10)은, 주사선(GL)의 연장 방향 및 신호선(SL)의 연장 방향으로 배치된 복수개의 화소(14)에 의해 구성되어 있다. 스위칭 소자(15)로서는, 예를 들면 박막 트랜지스터(TFT : Thin Film Transistor)가 이용된다. TFT(15)는, 게이트가 주사선(GL)에 전기적으로 접속되고, 소스가 신호선(SL)에 전기적으로 접속되고, 드레인이 화소 전극에 전기적으로 접속되어 있다. 화소 전극은, 이것에 대향하는 공통 전극과, 화소 전극 및 공통 전극 사이에 충전된 액정과 함께, 화소 용량(Clc)을 구성한다.
또, 액정 표시 패널(10)에는, 각 화소 행에 대응시켜 유지 용량선이 형성되고, 이 유지 용량선과 화소 전극의 사이에 배치된 절연막에 의해 화소마다 유지 용량(축적 용량)(Cs)이 구성된다. 유지 용량선은, 예를 들면, 공통 전극과 동일한 전위(공통 전압(Vcom))로 설정된다. 화소에 기입된 전압은, 유지 용량(Cs)에 축적되고, 다음으로 데이터가 기입될 때까지 그 전압이 유지된다.
또, 본 명세서에서는, TFT의 드레인과 소스에 대해서, 신호선(SL)에 접속되어 있는 쪽을 소스라고 하고, 화소 전극에 접속되어 있는 쪽을 드레인이라고 하고 있지만, 반대로, 즉, 신호선(SL)에 접속되어 있는 쪽을 드레인이라고 하고, 화소 전극에 접속되어 있는 쪽을 소스라고 하는 경우도 있다.
다음으로, 액정 표시 장치의 구체적인 구조에 대해 설명한다. 도 3은 액정 표시 장치의 단면도이다. 또, 도 3에 있어서, 각종 배선은 생략되어 있고, 이들 각종 배선의 구조에 대해서는 후술한다.
액정 표시 패널(10)의 표시면과 반대면에는, 면 광원(백라이트)(20)이 대향 배치되어 있다. 이 백라이트(20)는, 예를 들면, 사이드 라이트형의 백라이트 장치가 이용된다. 즉, 백라이트(20)는, LED(발광 다이오드) 등으로 이루어지는 복수의 발광 소자가 도광판의 단변의 한쪽으로부터 입사하도록 구성되어 있고, 도광판의 판면의 한쪽으로부터 액정 표시 패널(10)을 향해서 광이 입사된다.
액정 표시 장치는, TFT 및 화소 전극 등이 형성되는 TFT 기판(21)과, 컬러 필터나 공통 전극이 형성되고 또한 TFT 기판(21)에 대향 배치되는 컬러 필터 기판(CF 기판)(22)과, 양 기판(21 및 22) 사이에 끼워진 액정층(23)을 구비하고 있다. TFT 기판(21) 및 CF 기판(22)은 각각, 투명 기판(예를 들면, 유리 기판)으로 구성된다.
액정층(23)은, TFT 기판(21) 및 CF 기판(22) 간을 접합시키는 시일재(도시 생략)에 의해 봉입된 액정 재료에 의해 구성되어 있다. 액정 재료는, TFT 기판(21) 및 CF 기판(22) 사이에 인가된 전계에 따라서 액정 분자의 배향 방향이 조작되어, 광학 특성이 변화한다. 액정층(23)을 구성하는 액정 분자는, 포지티브형(P형)이며, 또한 전압 무인가시에는 기판면에 대해서 대략 수직으로 배향시킨다. 또, P형의 액정층은, 전계가 인가된 경우에, 전계 방향으로 액정 분자의 장축(디렉터)이 향하는 것이다.
TFT 기판(21)에는, TFT(15), 반사막(24) 및 화소 전극(25)이 마련되어 있다. 또, TFT 기판(21)에는, TFT(15), 반사막(24) 및 화소 전극(25)을 덮도록 배향막(26)이 마련되어 있다. 또, 1개의 표시 화소(픽셀)는, 적(R), 녹(G), 청(B)의 컬러 필터를 가진 3개의 서브 화소에 의해 구성된다. 이하의 설명에서는, 표시 화소와 서브 화소의 구별이 특별히 필요한 경우를 제외하고, 서브 화소를 화소라고 한다.
TFT(15)는, TFT 기판(21)의 액정층(23) 측에 형성되고, 화소의 온/오프를 전환하는 스위칭 소자이다. 즉, 본 실시 형태의 액정 표시 장치는, 액티브 매트릭스형의 구동 방식을 이용하고 있다. 반사막(24)은, 화소(14)의 예를 들면 절반의 영역에 마련되고, 액정 표시 장치의 표시 화면으로부터 입사하는 외광을 반사하는 기능을 가진다. 복수의 화소 전극(25)은, TFT(15)의 전류 경로의 일단에 전기적으로 접속되고, TFT 기판(21)의 액정층(23) 측에 매트릭스 형상의 패턴으로 형성되어 있다. 화소 전극(25)은 ITO(인듐 주석 산화물) 등의 투명 도전막으로 이루어진다. 배향막(26)은 액정 분자의 배향을 제어한다.
CF 기판(22)에는, 컬러 필터(27), 공통 전극(29), 유전체막(30) 및 배향막(31)이 마련되어 있다. 컬러 필터(27)는, CF 기판(22)의 액정층(23) 측에 마련되고, 적, 녹, 청의 3색의 컬러 필터(27R, 27G, 27B)로 구성된다. 컬러 필터(27R, 27G, 27B)는, 화소 전극(25)에 대향하는 위치에 배치되고, 컬러 필터(27R, 27G, 27B)의 사이에는, 혼합색을 막기 위한 차광막(블랙 매트릭스)(28)이 형성되어 있다.
공통 전극(29)은 컬러 필터(27)의 액정층(23) 측에 마련되고, 모든 화소 전극(25)에 대향하는 사이즈를 가지고 있다. 공통 전극(29)은 ITO 등의 투명 도전막으로 이루어진다. 유전체막(30)은, 예를 들면 투명 수지로 구성되고, 액정층(23)에 인가되는 전계를 조정하는 기능을 가진다. 구체적으로는, 투명 수지막(30)을 두껍게 하면, 액정층(23)에 인가되는 전계가 약해지고, 투명 수지막(30)을 얇게 하면, 액정층(23)에 인가되는 전계가 강해진다. 투명 수지막(30)의 막 두께는, 예를 들면 3㎛ 이하이다. 또, 투명 수지막(30)은 반드시 마련할 필요는 없다. 배향막(31)은, 배향막(26)과 쌍을 이루고, 액정 분자의 배향을 제어한다. 본 실시 형태에서는, 배향막(26 및 31)은, 화소 전극(25)과 공통 전극(29)의 사이에 전위차가 거의 없는 상태, 즉, 화소 전극(25)과 공통 전극(29)의 사이에 전계가 인가되지 않은 상태에서, 액정 분자를 기판면에 대해서 대략 수직으로 배향시킨다.
화소(14)는 반사 영역(14R) 및 투과 영역(14T)을 가진다. 반사 영역(14R)은, 화소(14) 중 반사막(24)이 마련된 영역에 대응하고, 투과 영역(14T)은, 화소(14) 중 반사막(24)이 마련되지 않은 영역에 대응한다. 본 실시 형태에서는, 도 3에 나타낸 바와 같이, 반사 영역(14R) 및 투과 영역(14T)의 액정층(23)의 두께(셀 갭)(CG)를 균일(플랫 갭)하게 하고 있다. 셀 갭(CG)은, 액정층(23) 내에 예를 들면 기둥 형상의 스페이서를 배치함으로써, 화면 전역에 걸쳐서 균일성을 유지할 수 있다.
TFT 기판(21)의 백라이트(20) 측에는, 위상차판(32) 및 편광판(33)이 마련되어 있다. CF 기판(22)의 표시면 측에는, 확산 점착재(34)가 마련되어 있다. 확산 점착재(34)의 표시면 측에는, 위상차판(35) 및 편광판(36)이 마련되어 있다. 확산 점착재(34)는, 광을 확산(산란)함으로써, 투과광 및 반사광을 균일화하는 기능과, 반사광의 간섭(무지개색)을 경감하는 기능을 가진다. 확산 점착재(34)는, 위상차판(35)과 편광판(36)의 사이에 배치해도 좋다.
편광판(33 및 36)은, 랜덤한 방향의 진동면을 가진 광으로부터, 투과축과 평행한 1 방향의 진동면을 가진 광, 즉 직선 편광의 편광 상태를 가진 광을 취출하는 것이다. 편광판(33 및 36)의 각각은, 광의 진행 방향에 직교하는 평면 내에 있어서, 서로 직교하는 흡수축 및 투과축을 가지고 있다.
위상차판(32 및 35)의 각각은, 굴절률 이방성을 가지고 있고, 면내에 있어서 서로 직교하는 지상축 및 진상축을 가지고 있다. 위상차판(32 및 35)은, Δn·d(nm)(단,Δn=ne-no, d는 위상차판의 두께)로 정의되는 소정의 리타데이션(Retardation)(위상차)을 가지고 있다. 위상차판(32 및 35)은, 지상축과 진상축을 각각 투과하는 소정 파장의 광의 사이에 소정의 리타데이션(λ를 투과하는 광의 파장으로 했을 때, λ/4의 위상차)을 주는 기능을 가지고 있다. 즉, 위상차판(32 및 35)은 λ/4판으로 구성된다.
편광판(33)의 흡수축과 위상차판(32)의 지상축은, 45°의 각도를 이루도록 배치되어 있다. 마찬가지로, 편광판(36)의 흡수축과 위상차판(35)의 지상축은, 45°의 각도를 이루도록 배치되어 있다. 또, 편광판(33 및 36)은, 그들의 흡수축이 90°의 각도를 이루도록 배치되어 있다.
[2. 화소의 구조]
다음으로, 화소(14)의 구체적인 구조에 대해 설명한다. 도 4는 화소(14)의 평면도이다. 도 5는 도 4의 평면도 중 반사막(24)을 제외한 평면도이다. 도 6은 도 4의 A-A'선에 따른 화소(14)의 단면도이다. 도 7은 도 4의 B-B'선에 따른 화소(14)의 단면도이다. 도 8은 도 4의 C-C'선에 따른 화소(14)의 단면도이다. 또, 도 6 내지 도 8의 단면도는 TFT 기판(21) 및 CF 기판(22) 사이의 구조만을 추출하여 나타내고 있다. 또, 도 6 내지 도 8의 단면도는, 배향막(26 및 31)의 도시를 생략하고 있다.
TFT 기판(21) 위에는, 로우 방향으로 연장하는 주사선(GL), 동일한 로우 방향으로 연장하는 유지 용량선(Cs)이 마련되어 있다. 주사선(GL)은 TFT(15)의 게이트 전극으로서 기능한다. 유지 용량선(Cs)은 화소(14)마다 마련된 유지 용량을 형성한다. TFT 기판(21) 위에는, 주사선(GL) 및 유지 용량선(Cs)을 덮도록 절연막(45)이 마련되어 있다. 주사선(GL) 위의 절연막(45)은 TFT(15)의 게이트 절연막으로서도 기능한다.
주사선(GL)의 위쪽 또한 절연막(45) 위에는 반도체층(41)이 마련되어 있다. 이 반도체층(41)은, 예를 들면, 아몰퍼스 실리콘이나 폴리 실리콘으로 구성된다. 게이트 전극(GL)의 양측 또한 절연막(45) 위에는, 소스 전극(42) 및 드레인 전극(43)이 마련되어 있다. 소스 전극(42) 및 드레인 전극(43)은 반도체층(41)에 부분적으로 접촉하고 있다. TFT(15)는 게이트 전극(GL), 게이트 절연막(45), 소스 전극(42) 및 드레인 전극(43)으로 구성된다. 소스 전극(42)은 신호선(SL)에 전기적으로 접속되어 있다.
TFT(15) 위에는 절연막(46)이 마련되어 있다. 절연막(46) 위에는 반사막(24)이 마련되어 있다. 반사 영역(14R)을 형성하는 반사막(24)은 화소(14)의 일부의 영역에 마련되어 있다. 반사막(24)은, 도전 재료로 구성되고, 공통 전압(Vcom)을 인가하는 것이 가능하게 되어 있다. TFT(15)는, 반사막(24)의 아래쪽에 배치되고, 표시 화면으로부터 본 경우에 반사막(24)에 의해 숨겨지도록 되어 있다. 이것에 의해, TFT(15)에 기인하는 화질의 열화를 억제할 수 있다.
반사막(24) 위에는 절연막(47)이 마련되어 있다. 절연막(47) 위에는, 화소 전극(25) 및 공통 전극(40)이 마련되어 있다. 즉, 화소 전극(25) 및 공통 전극(40)은 동일 레벨의 배선층으로 구성된다. 화소 전극(25)은 컨택트 플러그(44)에 의해 드레인 전극(43)에 전기적으로 접속되어 있다. 유지 용량선(Cs)은 컨택트 플러그(44)의 아래쪽에 배치된다.
화소 전극(25)은 화소(14)의 중앙부에 직선 형상으로 형성된다. 즉, 열 방향의 복수의 화소 전극(25)은 스트라이프 형상으로 형성된다. 화소 전극(25)의 폭은, 더 작은 것이 바람직하고, 예를 들면 사용하는 제조 공정(예를 들면 포토리소그래피 공정)에 기인하는 최소 가공 치수(minimum feature size) 정도의 폭으로 설정된다. 본 실시 형태에서는, 화소 전극(25)의 폭은, 예를 들면 2~3㎛ 정도이다. 화소 전극(25)은 반사막(24)에 일부가 겹치도록 배치된다.
공통 전극(40)은, 소정의 간격을 두고 화소 전극(25)을 컬럼 방향의 양측으로부터 끼우도록 형성된다. 공통 전극(40)과 화소 전극(25)의 간격은, 15㎛ 이하로 설정되고, 3~4㎛ 정도가 바람직하다. 또, 공통 전극(40)은, 소정의 간격을 두고 화소 전극(25)을 둘러싸도록 형성되어 있어도 좋다. 공통 전극(40)은, 신호선(SL)으로부터의 전계의 영향을 막기 위해서, 신호선(SL)을 덮도록 형성된다. 즉, 공통 전극(40), 신호선(SL) 및 블랙 매트릭스(28)는 서로 겹치도록 배치된다. 본 실시 형태에서는, 도 5에 나타낸 바와 같이, 공통 전극(40)이 화소 전극(25)을 둘러싸도록 형성되어 있는 경우, 공통 전극(40)은, 신호선(SL)의 대부분의 영역을 덮는 것이 가능해진다.
절연막(45~47)은, 투명 절연 재료로 구성되고, 예를 들면 실리콘 질화막이 이용된다. 공통 전극(40) 및 컨택트 플러그(44)는, 투명 도전 재료로 구성되고, 예를 들면 ITO가 이용된다. 반사막(24)으로서는, 예를 들면 알루미늄(Al)이 이용된다. 소스 전극(42), 드레인 전극(43), 주사선(GL), 신호선(SL) 및 유지 용량선(Cs)은, 예를 들면, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 텅스텐(W) 중 어느 하나, 또는 이들의 1 종류 이상을 포함하는 합금 등이 이용된다.
[3. 동작]
다음으로, 상기와 같이 구성된 액정 표시 장치의 동작에 대해 설명한다. 우선, 액정층(23)에 전계를 인가하지 않는 상태에서의 표시에 대해 설명한다. 도 9(a) 및 도 9(b)는, 액정층(23)에 전계를 인가하지 않는 상태에서의 액정층(23)의 배향 상태를 설명하는 도면이다. 도 9(a)는 투과 영역(14T)의 액정층(23)의 배향 상태이며, 도 9(b)는 반사 영역(14R)의 액정층(23)의 배향 상태이다.
컨트롤러(13)는, 공통 전극(29 및 40)에 공통 전압(Vcom)(0V)을 인가함과 아룰러, 화소 전극(25)에도 공통 전압(Vcom)을 인가한다. 또, 반사 영역(14R)의 반사막(24)은, 공통 전극(40)과 동일한 공통 전압(Vcom)이 인가된다. 이것에 의해, 투과 영역(14T) 및 반사 영역(14R)의 액정층(23)에는 전계가 인가되지 않은 상태로 되고, 액정 분자는 초기 배향을 유지한다.
본 실시 형태에서는, 액정층(23)은 포지티브형(P형)이며, 또한 전압 무인가시(오프 상태)에는 액정 분자가 기판면에 대해서 대략 수직으로 배향되어 있다. 따라서, 오프 상태에서는, 투과 영역(14T) 및 반사 영역(14R)의 액정 분자는, 기판면에 대해서 대략 수직으로 배향되어 있다. 이 오프 상태에 있어서, 투과 영역(14T)에서는, 편광판(33)을 투과한 백라이트 광은, 리타데이션이 거의 제로인 상태의 액정층(23)을 투과한 후, 편광판(33)에 대해서 크로스 니콜 상태로 배치된 편광판(36)에 흡수되어 흑 표시로 된다.
한편, 반사 영역(14R)에서는, 편광판(36)을 투과한 외광은, 리타데이션이 거의 제로인 상태의 액정층(23)을 투과한 후, 반사막(24)에 의해 반사되고, 원편광의 회전 방향이 반전된다. 그리고, 반사막(24)에 의해 반사된 외광은, 다시 액정층(23)을 투과한 후, 편광판(36)에 흡수되어 흑 표시로 된다. 따라서, 오프 상태에 있어서, 투과 영역(14T) 및 반사 영역(14R)은 모두 흑 표시로 된다.
다음으로, 액정층(23)에 전계를 인가한 상태에서의 표시에 대해 설명한다. 도 10(a) 및 도 10(b)는, 액정층(23)에 전계를 인가한 상태에서의 액정층(23)의 배향 상태를 설명하는 도면이다. 도 10(a)는 투과 영역(14T)의 액정층(23)의 배향 상태이며, 도 10(b)는 반사 영역(14R)의 액정층(23)의 배향 상태이다.
컨트롤러(13)는, 공통 전극(29 및 40)에 공통 전압(Vcom)(0V)을 인가함과 아울러, 화소 전극(25)에 공통 전압(Vcom)보다 높은 화소 전압(예를 들면 5V)을 인가한다. 또, 반사 영역(14R)의 반사막(24)은 공통 전극(40)과 동일한 공통 전압(Vcom)이 인가된다. 이것에 의해, 투과 영역(14T)에서는, 화소 전극(25) 및 공통 전극(40) 사이의 횡 전계와, 화소 전극(25) 및 공통 전극(29) 사이의 종 전계에 의해, 액정 분자가 하프 벤드 배향과 같이 공통 전극(40) 측으로 넘어진다. 즉, 화소 전극(25) 및 공통 전극(40)에 가까울수록 액정 분자가 수평 방향으로 크게 넘어지고, 공통 전극(29)에 가까워짐에 따라 공통 전극(40)에 기인하는 횡 전계가 약해지기 때문에, 액정 분자가 수직 방향으로 배향한다.
한편, 반사 영역(14R)에서는, 반사막(24)에 0V가 인가되고 있기 때문에, 화소 전극(25)과 반사막(24)의 사이에 전계가 발생한다. 따라서, 화소 전극(25)과 반사막(24)의 중첩 부분의 가장자리에 발생하는 횡 전계와, 화소 전극(25) 및 공통 전극(29) 사이의 종 전계에 의해, 액정 분자가 하프 벤드 배향과 같이 수평 방향으로 넘어진다. 이때, 반사 영역(14R)의 횡 전계는 투과 영역(14T)의 횡 전계보다 작게 되어 있기 때문에, 반사 영역(14R)의 액정 분자는 투과 영역(14T)의 액정 분자에 비해, 수평 방향으로 넘어지는 각도가 작아진다. 즉, 반사 영역(14R)의 리타데이션을 투과 영역(14T)의 리타데이션보다 작게 하는 (1/2에 가깝게 한다) 것이 가능해진다. 이것에 의해, 투과 영역(14T)과 반사 영역(14R)의 액정층의 갭을 변경하지 않고(즉, 멀티 갭으로 하지 않고), 투과 표시 및 반사 표시를 최적화할 수 있다.
구체적으로는, 액정층(23)의 갭은 온 상태에 있어서의 리타데이션이 대략 λ/2로 되도록 조정되어 있다. 따라서, 전압 인가시(온 상태)에 있어서, 투과 영역(14T)에서는, 편광판(33)을 투과한 백라이트 광은, 액정층(23)을 투과하여 리타데이션이 부여된 후, 편광판(36)을 투과하여 백 표시로 된다.
한편, 반사 영역(14R)에서는, 편광판(36)을 투과한 외광은, 액정층(23)을 투과하여 투과 영역(14T)의 1/2의 리타데이션이 부여된 후, 반사막(24)에 의해 반사된다. 그리고, 반사막(24)에 의해 반사된 외광은, 다시 액정층(23)을 투과하여 투과 영역(14T)의 1/2의 리타데이션이 부여된 후, 편광판(36)을 투과하여 백 표시로 된다. 따라서, 온 상태에 있어서, 투과 영역(14T) 및 반사 영역(14R)은 모두 백 표시로 된다.
다음으로, 본 실시 형태의 액정 표시 장치의 응답 특성에 대해 설명한다.
도 11은 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 응답 특성을 나타내는 그래프이다. 여기서의 액정층의 굴절률 이방성은 Δn=0.10~0.13(양쪽을 포함한다), 유전율 이방성은 Δε=16~19(양쪽을 포함한다), 탄성 정수는 K33=13~15pN(피코 뉴턴)(양쪽을 포함한다)이다. 또, 탄성 정수 K33는 벤드 모드의 탄성 정수이다. 도 11의 X축은 원 계조, Y축은 선 계조, Z축은 응답 속도(msec)를 나타내고 있다. 원 계조는, 계조를 변화시키기 전의 계조를 의미한다. 선 계조는 계조를 변화시킨 후의 계조를 의미한다. 도 11은, X축 및 Y축의 숫자는 계조를 나타내고 있고, 여기에서는, 64 계조(0 계조 ~ 63 계조)를 표시하는 경우의 응답 속도를 나타내고 있다. 0 계조가 흑(BK), 63 계조가 백(W)이다.
도 11의 그래프의 견해는, 제 1 계조(원 계조)로부터 제 2 계조(선 계조)로 표시를 변화시키는 경우, X축(원 계조)에 기재된 제 1 계조의 숫자와 Y축(선 계조)에 기재된 제 2 계조의 숫자가 교차하는 위치의 막대 그래프의 높이로 응답 속도를 알 수 있도록 되어 있다.
도 12는 멀티 갭 구조 또한 VA(Vertical Alignment) 배향을 가진 비교예(종래예)에 따른 액정 표시 장치의 응답 특성을 나타내는 그래프이다. 도 11과 도 12를 비교하면, 실시예는, 비교예에 비해 응답 속도가 현격히 향상되어 있는 것을 이해할 수 있다.
[4. 효과]
이상 상술한 바와 같이 제 1 실시 형태에서는, 화소(14)가 반사 영역(14R) 및 투과 영역(14T)으로 구성되고, 반사 영역(14R) 및 투과 영역(14T)의 액정층(23)의 두께(셀 갭)를 동일하게 한다. 액정층(23)은, P형의 액정 분자를 가지며, 무전계시에 기판에 대해서 수직 방향으로 배향된다. 또, TFT 기판(21)에는, 라인 형상의 화소 전극(25)과, 화소 전극(25)을 사이에 끼우는 공통 전극(40)과, 화소 전극(25)의 일부에 겹치는 반사막이 마련되고, CF 기판(22)에는, 화소를 덮는 공통 전극(29)이 마련된다. 그리고, 전압 인가시(온 상태)에는, 반사 영역(14R)의 액정층의 리타데이션을 투과 영역(14T)의 액정층의 리타데이션의 1/2 정도로 설정하도록 하고 있다.
따라서 본 실시 형태에 따르면, 반사 영역과 투과 영역의 셀 갭을 변경하지 않고(플랫 갭), 최적인 반사 표시 및 투과 표시를 실현할 수 있다. 이것에 의해, 종래(멀티 갭)에 있어서 반사 영역과 투과 영역의 경계에 생긴 배향 불량이 생기지 않고, 광 누설 대책에 의한 차광이 필요없기 때문에, 개구율의 저하를 막을 수 있다. 또, 반사 영역과 투과 영역의 셀 갭을 변경하기 위한 투명 단차막 등을 형성할 필요가 없기 때문에, 프로세스 공정을 삭감할 수 있어 비용 절감을 실현할 수 있다.
또, 본 실시 형태의 액정 표시 장치는, 액정 분자가 하프 벤드 배향을 취하기 때문에, TN(Twisted Nematic) 배향, 호모지니어스 배향 및 VA(Vertical Alignment) 배향, IPS(In-Plane Switching) 배향 등을 이용한 액정 표시 장치에 비해, 응답 속도를 고속화할 수 있다. 예를 들어 도 13에 나타내는 VA 배향은, 액정층을 사이에 끼우는 2개의 기판에 배치된 전극에 인가되는 전압에 의해, 액정층의 두께 방향의 모든 액정 분자를 움직여야 한다. 또, 도 14에 나타내는 IPS 배향의 경우는, 한쪽 측의 기판에 배치된 2개의 전극간의 전압에 의해, 액정층의 두께 방향의 모든 액정 분자를 움직여야 한다. 이들의 전압은 액정의 탄성에 역으로 움직이게 되므로, 응답성이 나빠진다. 이것에 대해서, 본 실시 형태에서는, 도 10(a) 및 도 10(b)에 나타내는 바와 같이, 단면 기판의 2 전극간의 전압과, 대면한 2 기판의 2 전극간의 전압에 의해 액정 분자를 움직이는 경우는, 응답 속도가 빨라진다. 또, 본 실시 형태의 액정 표시 장치는, 액정 패널을 눌렀을 때의 표시 불량(면 누름)에도 강해진다.
또, 본 실시 형태의 구조는, 지금까지 곤란했던 300 ppi를 넘는 고정밀 패널에 매우 유효하고, 고정밀 패널에 대해서도 반투과형을 적용하는 것이 가능해진다.
또,λ/4 판으로 이루어지는 위상차판(32 및 35)을 배치함으로써, 반사 표시의 광학 설계를 최적화할 수 있음과 아울러, 투과 표시에 있어서도, 직선 편광판에서는 취출되지 않았던 편광판의 축 방향으로 넘어져 있는 액정 분자의 에어리어의 광도 취출할 수 있다. 이것에 의해, 투과 영역(14T)의 투과율을 향상시킬 수 있다.
또, 본 실시 형태의 액정 표시 장치는, 공통 전극(29)과 액정층(23)의 사이에 투명 수지막(30)을 구비하고 있다. 투명 수지막(30)을 두껍게 하면, 액정층(23)에 인가되는 횡 전계를 상대적으로 강하게 할 수 있고, 투명 수지막(30)을 얇게 하면, 액정층(23)에 인가되는 종 전계를 상대적으로 강하게 할 수 있다. 이것에 의해, 액정층(23)의 특성에 따라서 투명 수지막(30)의 막 두께를 조정함으로써, 액정 분자의 배향을 최적화하는 것이 가능해진다.
본 발명의 몇개의 실시 형태를 설명했지만, 이러한 실시 형태는, 예로서 제시한 것이며, 발명의 범위를 한정할 의도는 아니다. 이들 신규 실시 형태는, 그 외의 여러 형태로 실시되는 것이 가능하고, 발명의 요지를 일탈하지 않는 범위에서, 각종 생략, 치환, 변경을 행할 수 있다. 이들 실시 형태나 그 변형은, 발명의 범위나 요지에 포함됨과 아울러, 특허 청구의 범위에 기재된 발명과 그 균등의 범위에 포함된다.
10 : 액정 표시 패널 11 : 게이트 드라이버
12 : 소스 드라이버 13 : 컨트롤러
14 : 화소 14R : 반사 영역
14T : 투과 영역 15 : 스위칭 소자
20 : 백라이트 21 : TFT 기판
22 : CF 기판 23 : 액정층
24 : 반사막 25 : 화소 전극
26, 31 : 배향막 27 : 컬러 필터
28 : 블랙 매트릭스 29 : 공통 전극
30 : 유전체막 32, 35 : 위상차판
33, 36 : 편광판 34 : 확산 점착재
40 : 공통 전극 41 : 반도체층
42 : 소스 전극 43 : 드레인 전극
44 : 컨택트 플러그 45 ~ 47 : 절연막

Claims (7)

  1. 대향 배치된 제 1 및 제 2 기판과,
    상기 제 1 및 제 2 기판에 끼워지고, P형의 액정 분자를 가지며, 무전계시에 수직 배향으로 되는 액정층과,
    반사 영역 및 투과 영역을 갖고, 상기 반사 영역 및 상기 투과 영역의 셀 갭이 동일한 화소와,
    제 1 방향으로 연장하도록 하여 상기 제 1 기판에 마련되며, 상기 반사 영역 및 상기 투과 영역에 마련된 1개의 화소 전극과,
    상기 제 1 방향에 교차하는 제 2 방향으로부터 상기 화소 전극을 끼우도록 하여 상기 제 1 기판에 마련되며, 상기 반사 영역 및 상기 투과 영역에 마련된 제 1 공통 전극과,
    상기 제 2 기판에 마련되며, 상기 반사 영역 및 상기 투과 영역에 마련된 제 2 공통 전극과,
    상기 화소 전극의 일부에 겹치도록 하여 상기 반사 영역에 마련되고, 도전 재료로 이루어지는 반사막
    을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 반사막은 상기 제 1 공통 전극과 동일한 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    제 1 표시 모드에 있어서, 상기 화소 전극, 상기 제 1 공통 전극, 상기 제 2 공통 전극 및 상기 반사막은, 공통 전압이 인가되고,
    제 2 표시 모드에 있어서, 상기 화소 전극은, 상기 공통 전압보다 높은 전압이 인가되고, 상기 제 1 공통 전극, 상기 제 2 공통 전극 및 상기 반사막은, 상기 공통 전압이 인가되는
    것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 공통 전극과 상기 액정층의 사이에 마련된 유전체막을 더 구비하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 공통 전극은 상기 화소 전극을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극에 전압을 공급하는 배선을 더 구비하고,
    상기 제 1 공통 전극은 상기 배선과 겹치도록 배치되는
    것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 기판에 마련된 제 1 위상차판과,
    상기 제 2 기판에 마련된 제 2 위상차판
    을 더 구비하되,
    상기 제 1 및 제 2 위상차판의 위상차는 각각 λ/4인
    것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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