KR101960834B1 - 액정 소자, 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 2개의 배향 상태 사이의 천이를 발생시키기에 적합한 스위칭 소자 및 전극의 구조를 가지는 신규 액정 소자를 제공하는 것이다. 액정 소자는 제 1 기판, 제 2 기판, 제 1 기판에 설치된 제 1 전극, 제 1 전극과 이간하여 제 1 기판의 일면측에 설치된 제 2 전극, 제 1 전극 또는 제 2 전극에 접속된 스위칭 소자, 제 1 전극 및 제 2 전극과 중첩하여 제 2 기판에 설치된 공통 전극, 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 설치된 액정층을 구비하고, 제 1 기판 및 제 2 기판은 액정층의 액정 분자를 제 1 방향으로 비트는 제 1 배향 상태를 발생시키도록 배향 처리 방향을 설정하며, 액정층은 액정 분자를 제 1 방향과는 반대인 제 2 방향으로 비트는 제 2 배향 상태를 발생시키는 성질의 키랄제를 함유하고, 제 2 전극과 공통 전극 사이에 전압이 인가됨으로써 액정층이 제 1 배향 상태로 천이하며, 제 1 전극과 제 2 전극 사이에 전압이 인가됨으로써 액정층이 제 2 배향 상태로 천이한다.

Description

액정 소자, 액정 표시 장치{Liquid crystal element, liquid crystal display}
본 발명은 2개의 배향 상태 사이의 천이를 이용한 신규 액정 소자 및 액정 표시 장치에 관한 것이다.
일본등록특허공보 제2510150호에는, 대향 배치된 한 쌍의 기판의 각각에 실시된 배향 처리 방향의 조합으로 규제되는 선회 방향과는 반대의 선회 방향으로 액정 분자를 비틀림 배향시킴으로써, 전기 광학 특성을 향상시킨 액정 표시 장치가 개시되어 있다(선행예 1). 또한, 일본공개특허공보 2007-293278호에는, 대향 배치된 한 쌍의 기판의 각각에 실시된 배향 처리 방향의 조합으로 규제되는 선회 방향(제 1 선회 방향)과는 반대의 선회 방향(제 2 선회 방향)으로 비트는 키랄제를 첨가하면서도, 액정 분자를 상술한 제 1 선회 방향으로 비틀림 배향시킴으로써 액정층 내의 변형을 증가시키며, 그에 따라 역치 전압을 저하시켜서 저전압 구동을 가능하게 하는 액정 소자가 개시되어 있다(선행예 2).
그런데, 상기한 선행예 1의 액정 표시 장치는, 역 비틀림의 배향 상태가 불안정하고, 액정층에 대하여 비교적 높은 전압을 인가함으로써 역 비틀림의 배향 상태를 얻는 것은 가능하지만, 시간 경과와 함께 순 비틀림의 배향 상태로 천이해버리는 문제가 있다. 또한, 선행예 2의 액정 소자는, 상기한 바와 같이 역치 전압을 저하시키는 이점이 있지만, 전압을 끄면 바로(예를 들어, 수초 정도) 순 비틀림의 배향 상태로 천이해 버려서, 반대로 역치 전압을 높이는 문제가 있다. 그리고, 선행예 1, 2의 어디에서도 순 비틀림과 역 비틀림의 2개의 배향 상태를 표시 등의 용도로서 적극적으로 이용하는 것에 대해서는 상정하고 있지 않다. 즉, 쌍안정성을 적극 이용하기 위하여 필요한 구성, 구동 방법 등의 기술 사상에 대한 개시, 시사 모두가 전혀 존재하지 않았다.
이에 대하여, 일본공개특허공보 2010-186045호에는, 초기 상태에서는 스프레이 트위스트 배향이지만, 세로 전계를 1회 인가하면 리버스 트위스트 배향으로 안정되는 리버스 TN(Reverse Twisted Nematic)형 액정 소자에 관한 기술이 개시되어 있다(선행예 3). 하지만, 선행예 3의 액정 소자는 양호한 콘트라스트가 얻어지는 범위가 좁다는 점에서 아직 개량의 여지가 있었다.
그래서, 본 발명의 발명자들은 상기한 선행예 1~3에서의 불량을 해소할 수 있는 신규 리버스 TN형 액정 소자에 대하여 검토를 진행하고 있다. 또한, 본 발명의 발명자들은, 상기한 신규 리버스 TN형 액정 소자를 이용한 액정 표시 장치의 일 실시형태로서, 복수의 액정 소자를 배열하고, 박막 트랜지스터 등의 스위칭 소자를 이용하여 각 액정 소자를 개별적으로 구동하는 액정 표시 장치에 대해서도 검토를 진행하고 있다. 여기에서, 수평 전계를 이용한 구동을 하기 위한 스위칭 소자 및 전극의 구조예는, 예를 들어 일본등록특허공보 제4238877호에 개시되어 있다(선행예 4). 하지만, 이러한 선행예 4에 개시되어 있는 스위칭 소자 및 전극의 구조는, 본 발명의 발명자들에 의한 신규 리버스 TN형 액정 소자를 구동하기에는 적합하지 않다.
본 발명에 따른 구체적인 실시형태는, 2개의 배향 상태 사이의 천이를 발생시키기에 적합한 스위칭 소자 및 전극의 구조를 가지는 신규 액정 소자를 제공하는 것을 목적의 하나로 한다.
또한, 본 발명에 따른 구체적인 실시형태는, 신규 액정 소자를 이용한 저소비 전력 구동이 가능한 액정 표시 장치를 제공하는 것을 또 다른 목적의 하나로 한다.
본 발명에 따른 일 실시형태의 액정 소자는, (a) 각각의 일면에 배향 처리가 실시되어 있고, 대향 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판과, (b) 상기 제 1 기판의 일면측에 설치된 제 1 전극과, (c) 상기 제 1 전극과 이간하여 상기 제 1 기판의 일면측에 설치된 제 2 전극과, (d) 상기 제 1 기판의 일면측에 설치되며, 상기 제 1 전극 또는 상기 제 2 전극에 접속된 스위칭 소자와, (e) 적어도 일부가 상기 제 1 전극 및 상기 제 2 전극과 중첩하도록 하여 상기 제 2 기판의 일면측에 설치된 공통 전극과, (f) 상기 제 1 기판의 일면과 상기 제 2 기판의 일면 사이에 설치된 액정층을 포함하고, (g) 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판은, 상기 액정층의 액정 분자가 제 1 방향으로 비틀어진 제 1 배향 상태를 발생하도록 상기 배향 처리 방향을 설정하며, (h) 상기 액정층은 상기 액정 분자가 상기 제 1 방향과는 반대인 제 2 방향으로 비틀어진 제 2 배향 상태를 발생시키는 성질의 키랄제를 함유하고, (i) 상기 제 2 전극과 상기 공통 전극 사이에 전압이 인가됨으로써 상기 액정층이 상기 제 2 배향 상태에서 상기 제 1 배향 상태로 천이하며, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 전압이 인가됨으로써 상기 액정층이 상기 제 1 배향 상태에서 상기 제 2 배향 상태로 천이하는 것을 특징으로 하는 액정 소자이다.
상기 구성에 따르면, 2개의 배향 상태 사이의 천이를 발생시키기에 적합한 스위칭 소자 및 전극의 구조를 가지는 신규 액정 소자가 얻어진다.
상기 액정 소자에 있어서, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극의 적어도 한 쪽은, 상호 이간하여 평행 배치된 복수의 직선부를 가지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극은 절연막을 통하여 적층되어 있는 것도 바람직하다.
이에 따라, 2개의 배향 상태 사이의 천이를 발생시키기 위하여 필요한 기판면과 평행 방향의 전계(가로 전계)를 보다 효과적으로 액정층에 인가할 수 있다.
상기 액정 소자에 있어서, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판은 각각 상기 액정층과의 계면에 있어서 그 액정층의 액정 분자에 20°이상의 프리틸트각을 부여하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 키랄제는 상기 액정층의 층 두께(d)에 대한 키랄 피치의 비(d/p)가 0.04 이상 0.6 이하가 되도록 첨가되는 것이 바람직하다.
이에 따라, 2개의 배향 상태의 쌍안정성을 보다 높일 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시형태의 액정 표시 장치는, 복수의 화소부를 구비하고, 그 복수의 화소부의 각각이 상기한 본 발명에 따른 액정 소자를 이용하여 구성된 액정 표시 장치이다.
상기 구성에 따르면, 액정 소자의 2개의 배향 상태의 쌍안정성(메모리성)을 이용함으로써 표시 변환시 이외에는 기본적으로 전력을 필요로 하지 않는 저소비 전력의 액정 표시 장치가 얻어진다.
도 1은 리버스 TN형 액정 소자의 원리를 개략적으로 나타내는 모식도이다.
도 2는 리버스 트위스트 상태에서 스프레이 트위스트 상태로 천이할 때의 액정층의 배향 상태와 전계 방향의 관계에 대하여 설명하기 위한 개념도이다.
도 3은 제 1 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자의 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 리버스 TN형 액정 소자의 평면도이다.
도 5는 제 1 실시형태에 따른 리버스 TN형 액정 소자의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.
도 6은 제 1 실시형태에 따른 리버스 TN형 액정 소자의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.
도 7은 리버스 TN형 액정 표시 소자의 표시 특성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8은 제 2 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자의 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 9는 도 8에 나타내는 리버스 TN형 액정 소자의 평면도이다.
도 10은 제 2 실시형태에 따른 리버스 TN형 액정 소자의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.
도 11은 제 2 실시형태에 따른 리버스 TN형 액정 소자의 제조 방법을 나타내는 단면도이다.
도 12는 제 3 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다.
도 13은 제 3 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자의 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 14는 제 3 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자의 반사율 특성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 15는 제 4 실시형태의 액정 표시 장치의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여 도면을 참조하면서 설명한다.
도 1은 리버스 TN형 액정 소자의 원리를 개략적으로 나타내는 모식도이다. 리버스 TN형 액정 소자는, 기본적인 구성으로서, 대향 배치된 상측 기판(1) 및 하측 기판(2)과, 그들 사이에 설치된 액정층(3)을 구비한다. 상측 기판(1)과 하측 기판(2)의 각각의 표면에는 러빙 처리 등의 배향 처리가 실시된다. 이들 배향 처리 방향(도면 속에서 화살표로 나타냄)이 90°전후의 각도로 서로 교차하도록 하여 상측 기판(1)과 하측 기판(2)이 상대적으로 배치된다. 액정층(3)은 네마틱 액정 재료를 상측 기판(1)과 하측 기판(2) 사이에 주입함으로써 형성된다. 이러한 액정층(3)에는 액정 분자를 그 방위각 방향에 있어서 특정 방향(도 1의 예에서는 오른쪽 선회 방향)으로 비트는 작용을 발생시키는 키랄제가 첨가된 액정 재료가 이용된다. 상측 기판(1)과 하측 기판(2)의 상호 간격(셀 두께)을 d, 키랄제의 키랄 피치를 p로 하면, 이들의 비(d/p)의 값은, 예를 들어 0.04~0.6 정도로 설정된다. 이와 같은 리버스 TN형 액정 소자는, 키랄제의 작용에 의하여 초기 상태에는 액정층(3)이 스프레이 배향하면서 비트는 스프레이 트위스트 상태(제 2 배향 상태)가 된다. 이러한 스프레이 트위스트 상태의 액정층(3)에 대하여 그 층 두께 방향으로 포화 전압을 넘는 전압을 인가하면, 액정 분자가 왼쪽 선회 방향으로 비틀어지는 리버스 트위스트 상태(유니폼 트위스트 상태: 제 1 배향 상태)로 천이한다. 이와 같은 리버스 트위스트 상태의 액정층(3)에 있어서는 벌크 중의 액정 분자가 치우쳐져 있으므로, 액정 소자의 구동 전압을 저감하는 효과가 나타난다.
도 2는 리버스 트위스트 상태에서 스프레이 트위스트 상태로 천이할 때의 액정층의 배향 상태와 전계 방향의 관계에 대하여 설명하기 위한 개념도이다. 도 2의 (A)에 나타내는 바와 같이, 기판면에 대하여 수평 방향의 전계(Electric field)에 대하여, 리버스 트위스트 상태에서의 액정층의 층 두께 방향의 대략 중앙의 액정 분자(도면 속에서 모양을 부여한 액정 분자)의 장축 방향이 가능한 한 평행하지 않고, 직교 또는 그에 가까운 상태가 되도록 전계의 인가 방향을 설정한다. 이에 따라, 액정층의 층 두께 방향의 대략 중앙의 액정 분자가 전계 방향을 따라서 재배향되므로, 도 2의 (B)에 나타내는 바와 같이 액정층의 배향 상태는 리버스 트위스트 상태에서 스프레이 트위스트 상태로 천이한다. 또한, 리버스 트위스트 상태의 액정층에 대하여, 그 층 두께 방향의 대략 중앙의 액정 분자의 장축 방향과 평행하거나 그에 가까운 상태가 되도록 하여서 전계를 인가한 경우에는, 리버스 트위스트 상태에서 스프레이 트위스트 상태로의 천이는 발생하기 어렵다. 이것은, 액정층의 층 두께 방향의 대략 중앙에 있어서 전계에 의한 액정 분자의 재배향이 거의 발생하지 않기 때문이다. 이상으로부터, 리버스 TN형 액정 소자에 있어서 2개의 배향 상태 사이를 자유롭게 천이하기 위해서는, 액정층의 층 두께 방향에 대한 전계(세로 전계)와 이에 직교하는 방향의 전계(가로 전계)를 발생시킬 필요가 있으며, 가로 전계에 대해서는 리버스 트위스트 상태의 액정층의 층 두께 방향의 대략 중앙의 액정 분자의 장축 방향과 대략 직교하거나 그에 가까운 방향이 되도록 할 필요가 있다. 이들의 세로 전계와 가로 전계를 자유롭게 부여하기 위한 소자 구조에 대하여, 다음에 구체적인 예를 들어서 설명한다.
도 3은 제 1 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자의 구성예를 나타내는 단면도이다. 또한, 도 4는 도 3에 나타내는 리버스 TN형 액정 소자의 평면도이다. 그리고, 도 3은 도 4에 나타내는 Ⅱ-Ⅱ선의 단면을 나타내고 있다. 각 도면에 나타내는 본 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자는, 제 1 기판(하측 기판)(11), 제 2 기판(상측 기판)(12), 제 1 전극(13), 공통선(14), 주사선(15), 절연막(16), 반도체막(17), 소스 전극(18), 드레인 전극(19), 제 2 전극(화소 전극)(20), 제 1 배향막(21), 제 2 배향막(22), 공통 전극(23), 액정층(24), 신호선(25), 제 1 편광판(하측 편광판)(31) 및 제 2 편광판(상측 편광판)(32)을 포함하여 구성되어 있다.
제 1 기판(11) 및 제 2 기판(12)은 상호 대향 배치되어 있고, 각각 예를 들어 글라스 기판, 플라스틱 기판 등의 투명 기판이다. 제 1 기판(11)과 제 2 기판(12)의 상호 간에는, 예를 들어 다수의 스페이서(입상체)가 분산 배치되어 있고(미도시), 그들의 스페이서에 의하여 제 1 기판(11)과 제 2 기판(12)의 상호 간격이 유지된다.
제 1 전극(13)은 제 1 기판(11)의 일면측에 설치되어 있다. 이러한 제 1 전극(13)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 대략 직사각형 형상으로 형성되어 있으며, 일부가 공통선(14)과 접속하고 있다. 이러한 제 1 전극(13)은, 예를 들어 인듐 주석 산화물(ITO) 등의 투명 도전막을 패터닝함으로써 얻어진다.
공통선(14)은 제 1 기판(11)의 일면측에 설치되어 있고, 한 방향(도 4에 나타내는 Y방향)으로 연장된다. 이러한 공통선(14)을 통하여, 도시하지 않은 전압 공급 수단으로부터 제 1 전극(13)에 대하여 소정의 전위가 주어진다. 공통선(14)으로는, 예를 들어 알루미늄과 몰리브덴의 적층막 등의 금속막이 이용된다.
주사선(15)은 제 1 기판(11)의 일면측에 설치되어 있고, 한 방향(도 4에 나타내는 Y방향)으로 연장된다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 주사선(15)은, 공통선(14)과의 사이에 제 1 전극(13)을 끼우고 배치되어 있다. 주사선(15)으로는, 예를 들어 알루미늄과 몰리브덴의 적층막 등의 금속막이 이용된다.
절연막(16)은 제 1 기판(11)의 일면측에 제 1 전극(13), 공통선(14) 및 주사선(15)을 덮으며 설치되어 있다. 이러한 절연막(16)으로는, 예를 들어 질화 실리콘막, 산화 실리콘막 또는 이들의 적층막이 이용된다.
반도체막(17)은 절연막(16) 위이며, 주사선(15)과 중첩하는 소정 위치에 설치되어 있다. 이러한 반도체막(17)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 섬 형상으로 패터닝되어 있다. 반도체막(17)으로는, 예를 들어 아모퍼스 실리콘막이 이용된다. 주사선(15)의 반도체막(17)과 겹치는 부분은 박막 트랜지스터의 게이트 전극으로서 기능한다. 또한, 절연막(16)의 반도체(17)와 겹치는 부분은 박막 트랜지스터의 게이트 절연막으로서 기능한다.
소스 전극(18)은 절연막(16) 위의 소정 위치에 설치되어 있고, 일부가 반도체막(17)과 접속하고 있다. 본 실시예의 소스 전극(18)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 신호선(25)과 일체로 형성되어 있다. 이들의 소스 전극(18) 및 신호선(25)으로는, 예를 들어 알루미늄과 몰리브덴의 적층막 등의 금속막이 이용된다.
드레인 전극(19)은 절연막(16) 위의 소정 위치에 설치되어 있고, 일부가 반도체막(17)과 접속하고 있다. 이러한 드레인 전극(19)으로는, 예를 들어 알루미늄과 몰리브덴의 적층막 등의 금속막이 이용된다.
제 2 전극(20)은 절연막(16) 위이며, 적어도 일부가 상기한 제 1 전극(13)과 중첩하는 소정 위치에 설치되어 있다. 이러한 제 2 전극(20)은, 도 4에 나타내는 바와 같이, 복수의 개구부(슬릿)(20a)를 가진다. 이러한 제 2 전극(20)은, 예를 들어 인듐 주석 산화물(ITO) 등의 투명 도전막을 패터닝함으로써 얻어진다. 제 2 전극(20)의 크기는, 예를 들어 각 개구부(20a) 사이에 존재하는 직선부의 폭(도 3의 X방향에서의 길이)이 약 20㎛, 각 개구부(20a)의 폭(도 3의 X방향에서의 길이)을 약 20㎛로 할 수 있다. 이러한 제 2 전극(20)과 상기 제 1 전극(13) 사이에 전압을 인가함으로써 액정층(24)에 가로 전계를 인가할 수 있다.
제 1 배향막(21)은 제 1 기판(11)의 일면측이며 절연막(16) 위에, 반도체막(17), 소스 전극(18), 드레인 전극(19) 및 제 2 전극(20)을 덮으며 설치되어 있다. 마찬가지로, 제 2 배향막(22)은, 제 2 기판(12)의 일면측에 공통 전극(23)을 덮으며 설치되어 있다. 제 1 배향막(21)과 제 2 배향막(22)의 각각에 대해서는, 1축 배향 처리(예를 들어, 러빙 처리, 광 배향 처리 등)가 실시되어 있다. 본 실시형태의 제 1 배향막(21) 및 제 2 배향막(22)으로는, 비교적 높은 프리틸트각(20°이상, 보다 바람직하게는 35°±10°정도)을 발현시키는 것이 이용된다. 제 1 배향막(21)의 배향 처리 방향(RL)과 제 2 배향막(22)의 배향 처리 방향(RL)은 액정층(24)의 배향 상태가 리버스 트위스트 상태일 때의 층 두께 방향의 대략 중앙에서의 액정 분자의 배향 방향(D)이 제 1 전극(13)과 제 2 전극(20)에 의하여 발생하는 전계 방향(E)과 대략 직교하도록 설정되어 있다(도 4를 참조).
공통 전극(23)은 제 2 기판(12)의 일면측에 설치되어 있다. 이러한 공통 전극(23)은 적어도 일부가 제 1 전극(13) 및 제 2 전극(20)과 중첩하도록 형성되어 있다. 이러한 공통 전극(23)은, 예를 들어 인듐 주석 산화물(ITO) 등의 투명 도전막을 패터닝함으로써 얻어진다. 이러한 공통 전극(23)과 상기의 제 1 전극(13)(또는 제 2 전극(20)) 사이에 전압을 인가함으로써 액정층(24)에 대하여 세로 전계를 인가할 수 있다.
액정층(24)은 제 1 기판(11)의 일면과 제 2 기판(12)의 일면의 상호 사이에 설치되어 있다. 본 실시형태에서는, 유전율 이방성(Δε)이 양(Δε＞0)인 네마틱 액정 재료를 이용하여 액정층(24)을 구성하고 있다. 액정층(24)에 도시된 굵은 선은, 액정층(24) 내의 액정 분자를 모식적으로 나타낸 것이다. 전압을 인가하지 않을 때의 액정 분자는, 제 1 기판(11) 및 제 2 기판(12)의 각 기판면에 대하여 소정의 프리틸트각을 가지며 배향한다. 또한, 제 1 배향막(21)과 제 2 배향막(22)의 각각의 배향 처리의 방향(RU, RL)(도 4를 참조)이 이루는 각도가, 예를 들어 90°전후로 설정됨으로써 전압을 인가하지 않을 때의 액정층(24)의 액정 분자는 제 1 기판(11)과 제 2 기판(12) 사이에서 방위각 방향으로 비틀어져 배향한다.
신호선(25)은 절연막(16)의 일면측에 설치되어 있고, 공통선(14) 및 주사선(15)과 대략 직교하는 일 방향(도 4에 나타내는 X방향)으로 연장된다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 신호선(25)은 소스 전극(18)과 일체로 형성되어 있다. 신호선(25)으로는, 예를 들어 알루미늄과 몰리브덴의 적층막 등의 금속막이 이용된다.
제 1 편광판(31)은 제 1 기판(11)의 바깥쪽에 배치되어 있다. 제 2 편광판(32)은 제 2 기판(12)의 바깥쪽에 배치되어 있다. 본 실시형태에서는 이러한 제 2 편광판(32)측에서 이용자에 의하여 관찰된다. 이들의 제 1 편광판(31)과 제 2 편광판(32)은, 예를 들어 서로의 투과축을 대략 직교하여 배치된다(크로스니콜 배치).
다음으로, 제 1 실시형태에 따른 리버스 TN형 액정 소자의 제조 방법의 일례에 대하여 도 5, 도 6을 참조하면서 설명한다.
우선, 제 1 기판(11) 및 제 2 기판(12)으로서 이용하기 위한 글라스 기판을 준비한다. 예를 들어, 판 두께가 0.7㎜의 무알칼리 글라스로 이루어지는 글라스 기판이 이용된다.
다음으로, 제 1 기판(11)의 일면 위에 공통선(14) 및 주사선(15)을 형성한다(도 5의 (A)). 구체적으로는, 예를 들어 스퍼터법 등의 막형성법에 의하여, 제 1 기판(11)의 일면 전체에 걸쳐서 알루미늄막을 형성하고, 그 위에 다시 몰리브덴막을 형성한다. 그 후, 알루미늄막 및 몰리브덴막의 적층막을 드라이 에칭법 등에 의하여 패터닝한다.
그리고, 제 1 기판(11)의 일면측의 소정 위치에 제 1 전극(13)을 형성한다(도 5의 (B)). 구체적으로는, 예를 들어 스퍼터법 등의 막형성법에 의하여, 제 1 기판(11)의 일면 전체에 걸쳐서 인듐 주석 산화물막(ITO막)을 형성한다. 그 후, 이 ITO막을 웨트 에칭법 등에 의하여 패터닝한다.
다음으로, 제 1 기판(11)의 일면측에, 제 1 전극(13), 공통선(14) 및 주사선(15)을 덮도록 하여 절연막(16)을 형성한다(도 5의 (C)). 구체적으로는, 예를 들어 스퍼터법이나 플라즈마 CVD(Chemical Vapor Deposition)법 등의 막형성법에 의하여 질화 실리콘막을 형성한다.
그리고, 제 1 기판(11)의 절연막(16) 위의 소정 위치에 반도체막(17)을 형성한다(도 5의 (D)). 구체적으로는, 예를 들어 플라즈마 CVD법 등의 막형성법에 의하여 아모퍼스 실리콘막을 제 1 기판(11)의 일면 전체에 걸쳐서 형성한다. 그 후, 이 아모퍼스 실리콘막을 드라이 에칭법 등에 의하여 섬 형상으로 패터닝한다.
다음으로, 제 1 기판(11)의 절연막(16) 위의 소정 위치에 소스 전극(18), 드레인 전극(19) 및 신호선(25)을 형성한다(도 5의 (E)). 구체적으로는, 예를 들어 스퍼터법 등의 막형성법에 의하여, 제 1 기판(11)의 일면 전체에 걸쳐서 몰리브덴막/알루미늄막/몰리브덴막의 적층막을 형성한다. 그 후, 이 적층막을 드라이 에칭법 등에 의하여 패터닝한다.
그리고, 제 1 기판(11)의 절연막(16) 위의 소정 위치에 제 2 전극(20)을 형성한다(도 5의 (F)). 구체적으로는, 예를 들어 스퍼터법 등의 막형성법에 의하여, 제 1 기판(11)의 일면 전체에 걸쳐서 ITO막을 형성한다. 그 후, 이 ITO막을 웨트 에칭법 등에 의하여 패터닝한다. 또한, 절연막(16) 위에 패시베이션막을 더 형성하여도 좋다(미도시).
한편, 제 2 기판(12)의 일면 위에 공통 전극(23)을 형성한다(도 5의 (G)). 구체적으로는, 예를 들어 스퍼터법 등의 막형성법에 의하여, 제 2 기판(12)의 일면 전체에 걸쳐서 ITO막을 형성한다. 또한, 실제의 제조 공정에 있어서는, 기판 전면에 공통 전극(23)이 존재하는 경우에는, 메인 밀봉부에 의한 단락, 스크라이브에서 브레이킹시의 막 박리 등을 발생시킬 가능성이 있으므로, 스퍼터링시에 메탈마스크 등으로 외주를 차폐(규제)하는 것이 바람직하다.
다음으로, 제 1 기판(11)의 절연막(16) 위의 전체에 걸쳐서 제 1 배향막(21)을 형성하고(도 6의 (A)), 제 2 기판(12)의 공통 전극(23) 위의 전체에 걸쳐서 제 2 배향막(22)을 형성한다(도 6의 (B)). 여기에서, 예를 들어 일반적으로는 수직 배향막으로서 이용되는 재료의 측쇄 밀도를 낮게 한 폴리이미드막을 이용하여 각 배향막을 형성한다. 플렉소 인쇄법, 잉크젯법, 스핀코트법, 슬릿코트법, 슬릿법과 스핀코트법의 조합 등의 적절한 방법으로 배향막 재료를 제 1 기판(11) 위, 제 2 기판(12) 위에 각각 적당한 막 두께(예를 들어, 500~800Å 정도)로 도포하고, 열처리(예를 들어, 160~180℃, 1시간 소성)를 한다. 그 후, 제 1 배향막(21), 제 2 배향막(22)의 각각에 대하여 배향 처리를 한다. 여기에서는, 예를 들어 러빙 처리를 하고, 그 조건인 미는 양을 0.8㎜로 한다(스트롱 러빙 조건). 여기에서는, 제 1 기판(11)과 제 2 기판(12)을 서로 겹칠 때에 각 기판 위의 액정 분자의 트위스트각이 대략 90°가 되도록 러빙 방향을 설정한다.
그리고, 한쪽 기판(예를 들어, 제 1 기판(11)) 위에 갭 컨트롤제를 적정량(예를 들어, 2~5wt%) 포함한 메인 밀봉제를 형성한다. 메인 밀봉제의 형성은, 예를 들어 스크린 인쇄나 디스펜서에 의하여 행한다. 또한, 갭 컨트롤제의 직경은 액정층(24)의 두께가 4㎛ 정도가 되도록 한다. 그리고, 다른 쪽 기판(예를 들어, 제 2 기판(12)) 위에는 갭 컨트롤제를 산포한다. 예를 들어, 본 실시형태에서는 입자 직경 4㎛의 플라스틱 볼을 건식 갭 산포기에 의하여 산포한다. 그 후, 제 1 기판(11)과 제 2 기판(12)을 서로 겹쳐서, 프레스기 등으로 압력을 일정하게 가한 상태로 열처리를 함으로써, 메인 밀봉제를 경화시킨다. 여기에서는, 예를 들어 150℃에서 3시간의 열처리를 행한다(도 6의 (C)).
다음으로, 제 1 기판(11)과 제 2 기판(12)의 틈에 액정 재료를 충전함으로써 액정층(24)을 형성한다(도 6의 (D)). 액정 재료의 충전은, 예를 들어 진공 주입법에 의하여 행한다. 본 실시형태에서는, 유전율 이방성(Δε)이 양이면서, 키랄제를 첨가한 액정 재료를 이용한다. 키랄제의 첨가량은 d/p가 0.04 이상 0.6 이하가 되도록 설정하는 것이 바람직하며, 예를 들어 d/p가 0.16이 되도록 설정한다. 이와 같은 액정 재료의 주입 후, 그 주입구에 엔드 밀봉제를 도포하여 밀봉한다. 그리고, 액정 재료의 상이전 온도 이상의 온도로 적절히 열처리(예를 들어, 120℃에서 1시간)를 함으로써, 액정층(24)의 액정 분자의 배향 상태를 조정한다.
그리고, 제 1 기판(11)의 바깥쪽에 제 1 편광판(31)을 서로 붙이고, 제 2 기판(12)의 바깥쪽에 제 2 편광판(32)을 서로 붙인다. 이들 제 1 편광판(31)과 제 2 편광판(32)은, 서로의 투과축을 대략 직교 배치(크로스니콜 배치)가 된다. 이상과 같이 하여서 제 1 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자가 완성된다(도 3을 참조).
이상과 같은 공정을 거쳐서 완성된 리버스 TN형 액정 소자에 대하여, 각 전극을 이용하여 액정층에 전압을 인가하고, 스프레이 트위스트 상태와 리버스 트위스트 상태를 상호 천이시켰을 때의 모습은 다음과 같이 확인된다.
본 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자는, 초기 상태에 있어서 액정층(24)의 액정 분자가 스프레이 트위스트 상태로 배향한다. 이러한 스프레이 트위스트 상태에 있어서는, 외관상 비교적 밝은 상태의 백색 표시(밝은 표시)가 얻어진다. 이에 대하여, 도시하지 않은 전압 인가 수단에서 제 1 전극(13)과 공통 전극(23)의 각각에 전압을 인가함으로써 세로 전계를 발생시킨다. 예를 들어, 10V, 100Hz의 교류 전압(직사각형파)을 약 0.01~0.5초간 인가하고, 그 직후에 전압의 인가를 멈춘다. 이에 의해, 액정층(24)의 배향 상태가 리버스 트위스트 상태로 천이한다. 이러한 리버스 트위스트 상태에 있어서는, 외관상 비교적 어두운 상태의 검정 표시(어두운 표시)가 얻어진다. 리버스 TN형 액정 표시 소자의 표시 특성의 일례를 참고로 하여 도 7에 나타낸다. 예를 들어, 이 리버스 TN형 액정 소자를 매트릭스 형상으로 배열하여 액정 표시 장치를 구성하였다면, 이 스프레이 트위스트 상태에서 리버스 트위스트 상태로의 천이시에는 개별의 화소마다(각 소자마다) 제어하는 것이 어려우므로, 상태 천이는 모든 화소 동시에 또는 공통선(14)을 공유하는 복수의 제 1 전극(13)의 라인마다 제어된다.
다음으로, 전압 인가 수단에서 주사선(15)에 소정의 전압을 인가함으로써 박막 트랜지스터를 도통 상태로 하며, 전압 인가 수단으로부터 신호선(25)에 소정의 전압을 인가함으로써 박막 트랜지스터를 통하여 제 2 전극(20)에 전압을 인가한다. 이에 따라, 제 1 전극(13)과 제 2 전극(20) 사이에 상대적인 전위차가 발생하므로 액정층(24)에는 가로 전계가 인가되어서, 액정층(24)의 배향 상태는 리버스 트위스트 상태에서 스프레이 트위스트 상태로 천이한다. 주사선(15)으로 인가하는 전압(게이트 전압)은, 예를 들어 10V의 펄스파, 신호선(25)에 인가하는 전압은, 예를 들어 ±10V를 프레임마다 반전시킨 전압으로 한다. 가로 전계를 인가하는 시간은, 예를 들어 0.01~0.5초간 정도이다.
상기한 스프레이 트위스트 상태, 리버스 트위스트 상태의 어느 것이나 전압 인가를 해제한 후에도 그 배향 상태가 유지되므로, 표시를 바꾼 후에는 기본적으로 전압을 인가할 필요가 없어, 소비 전력을 매우 낮게 억제할 수 있다. 예를 들어, 이 리버스 TN형 액정 소자를 매트릭스 형상으로 배열하여 액정 표시 장치를 구성하였다면, 다시 표시를 바꾸고 싶은 경우에는, 모든 화소 동시 또는 공통선(14)을 공유하는 복수의 제 1 전극(13)의 라인마다 제어하여 세로 전계를 인가하고, 이어서 박막 트랜지스터를 이용하여 제 2 전극(20)으로의 전압 인가/비인가를 제어함으로써 각 화소마다 가로 전계를 선택적으로 인가함으로써 원하는 화상 표시를 할 수 있다. 라인마다 표시를 바꾸는 방식은 소설 등의 문장을 읽는 경우에는 다 읽은 라인을 순서대로 바꾸면 되기 때문에, 전환에 다소 시간이 필요하더라도 독자의 스트레스를 경감할 수 있다.
다음으로, 리버스 TN형 액정 소자의 다른 구성예에 대하여 설명한다.
도 8은 제 2 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자의 구성예를 나타내는 단면도이다. 또한, 도 9는 도 8에 나타내는 리버스 TN형 액정 소자의 평면도이다. 그리고, 도 8은 도 9에 나타내는 Ⅷ-Ⅷ선의 단면을 나타내고 있다. 각 도면에 나타내는 본 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자(5)는 제 1 기판(하측 기판)(11), 제 2 기판(상측 기판)(12), 제 1 전극(13), 공통선(14a), 주사선(15), 절연막(16), 반도체막(17), 소스 전극(18), 드레인 전극(19a), 제 2 전극(20), 제 1 배향막(21), 제 2 배향막(22), 공통 전극(23), 액정층(24), 신호선(25), 절연막(26), 제 1 편광판(하측 편광판)(31) 및 제 2 편광판(상측 편광판)(32)을 포함하여 구성되어 있다. 또한, 제 1 실시형태와 공통되는 구성 요소에 대해서는 동일한 부호를 이용하고 있으며, 그들의 상세한 설명은 생략한다.
공통선(14a)은 제 1 기판(11)의 일면측의 절연막(26) 위에 설치되어 있고, 한 방향(도 8에 나타내는 Y방향)으로 연장된다. 이러한 공통선(14a)은, 도 9에 나타내는 바와 같이 제 2 전극(20)과 접속되어 있고, 이러한 공통선(14a)을 통하여, 도시하지 않은 전압 공급 수단에서 제 2 전극(20)에 대하여 소정의 전위가 얻어진다.
드레인 전극(19a)은 절연막(16) 위의 소정 위치에 설치되어 있으며, 일부가 절연막(16)을 관통하여 제 1 전극(13)과 접속하고 있다. 이러한 드레인 전극(19a)으로는, 예를 들어 알루미늄과 몰리브덴의 적층막 등의 금속막이 이용된다.
절연막(26)은 제 1 기판(11)의 일면측의 절연막(16) 위에, 반도체막(17), 소스 전극(18) 및 드레인 전극(19a)을 덮으며 설치되어 있다. 이러한 절연막(26)으로는, 예를 들어 질화 실리콘막, 산화 실리콘막 또는 이들의 적층막이 이용된다.
제 2 전극(20)은 절연막(26) 위이며 적어도 일부가 상기한 제 1 전극(13)과 중첩하는 소정 위치에 설치되어 있다. 이러한 제 2 전극(20)은, 도 9에 나타내는 바와 같이 공통선(14a)과 접속하고 있다. 본 실시예에서는 제 2 전극(20)과 공통선(14)은 일체로 형성되어 있다. 이러한 제 2 전극(20)은, 예를 들어 인듐 주석 산화물(ITO) 등의 투명 도전막을 패터닝함으로써 얻어진다. 이러한 제 2 전극(20)과 상기 제 1 전극(13) 사이에 전압을 인가함으로써, 액정층(24)에 가로 전계를 인가할 수 있다.
제 1 배향막(21)은 제 1 기판(11)의 일면측이며 절연막(26) 위에, 공통선(14a) 및 제 2 전극(20)을 덮으며 설치되어 있다.
다음으로, 제 2 실시형태에 따른 리버스 TN형 액정 소자의 제조 방법의 일례에 대하여 도 10, 도 11을 참조하면서 설명한다. 또한, 제 1 실시형태와 공통되는 내용에 대해서는 적절히 설명을 생략한다.
제 1 기판(11)의 일면 위에, 소정의 금속막으로 이루어지는 주사선(15)을 형성한다(도 10의 (A)). 다음으로, 제 1 기판(11)의 일면측의 소정 위치에 ITO막 등으로 이루어지는 제 1 전극(13)을 형성한다(도 10의 (B)). 그리고, 제 1 기판(11)의 일면측에 제 1 전극(13) 및 주사선(15)을 덮도록 하여서 절연막(16)을 형성한다(도 10의 (C)).
다음으로, 제 1 기판(11)의 절연막(16) 위의 소정 위치에 반도체막(17)을 형성하고(도 10의 (D)), 소스 전극(18), 드레인 전극(19a) 및 신호선(25)을 더 형성한다(도 10의 (E)). 드레인 전극(19a)에 대해서는, 미리 절연막(16)의 소정 위치에 제 1 전극(13)의 일부를 노출하는 개구부를 설치해 두고, 그 후에 스퍼터법 등에 의하여 금속막을 형성하며, 패터닝함으로써 형성할 수 있다.
그리고, 제 1 기판(11)의 절연막(16) 위에 반도체막(17), 소스 전극(18), 드레인 전극(19a) 및 신호선(25)을 덮는 절연막(26)을 형성한다(도 10의 (F)). 다음으로, 제 1 기판(11)의 절연막(26) 위의 소정 위치에 공통선(14a) 및 제 2 전극(20)을 형성한다(도 10의 (G)). 또한, 절연막(26) 위에 패시베이션막을 더 설치하여도 좋다(미도시). 한편, 제 2 기판(12)의 일면 위에는 공통 전극(23)을 형성한다(도 11의 (A)).
다음으로, 제 1 기판(11)의 절연막(16) 위의 전체에 걸쳐서 제 1 배향막(21)을 형성하고(도 11의 (B)), 제 2 기판(12)의 공통 전극(23) 위의 전체에 걸쳐서 제 2 배향막(22)을 형성한다(도 11의 (C)).
그리고, 한쪽 기판 위에 메인 밀봉제를 형성하고, 다른 쪽 기판 위에는 갭 컨트롤제를 산포한 후에, 제 1 기판(11)과 제 2 기판(12)을 서로 겹쳐서 프레스기 등으로 압력을 일정하게 가한 상태로 열 처리함으로써, 메인 밀봉제를 경화시킨다(도 11의 (D)). 다음으로, 제 1 기판(11)과 제 2 기판(12)의 틈에 액정 재료를 충전함으로써 액정층(24)을 형성한다(도 11의 (E)).
그 후, 제 1 기판(11)의 바깥쪽에 제 1 편광판(31)을 서로 붙이고, 제 2 기판(12)의 바깥쪽에 제 2 편광판(32)을 서로 붙인다. 이들 제 1 편광판(31)과 제 2 편광판(32)은 서로의 투과축을 대략 직교 배치(크로스니콜 배치)한다. 이상과 같이 하여서 제 2 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자가 완성된다(도 8을 참조).
이상과 같은 공정을 거쳐서 완성한 리버스 TN형 액정 소자에 대하여, 각 전극을 이용하여 액정층에 전압을 인가하고, 스프레이 트위스트 상태와 리버스 트위스트 상태를 서로 천이할 때의 모습을 다음과 같이 확인하였다.
본 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자는, 초기 상태에 있어서 액정층(24)의 액정 분자가 스프레이 트위스트 상태로 배향한다. 이러한 스프레이 트위스트 상태에 있어서는, 외관상 비교적 밝은 상태의 백색 표시(밝은 표시)가 얻어진다. 이에 대하여, 상기한 바와 같이 제 1 전극(13)과 공통 전극(23)을 이용하여 세로 전계를 발생한다. 예를 들어, 10V, 100Hz의 교류 전압(단파형)을 약 0.01~0.5초간 인가하고, 그 직후에 전압의 인가를 멈춘다. 이에 따라, 액정층(24)의 배향 상태가 리버스 트위스트 상태로 천이한다. 이러한 리버스 트위스트 상태에 있어서는, 외관상 비교적 어두운 상태의 검정 표시(어두운 표시)가 얻어진다. 예를 들어, 이러한 리버스 TN형 액정 소자를 매트릭스 형상으로 배열하여 액정 표시 장치를 구성하였다면, 이러한 스프레이 트위스트 상태에서 리버스 트위스트 상태로의 천이 시에는 개별의 화소마다(각 소자마다) 제어할 수 있다. 이때, 제 1 전극(13)은 전기적으로 자유로운 상태일 필요가 있다.
다음으로, 전압 인가 수단으로부터 주사선(15)에 소정의 전압을 인가함으로써 박막 트랜지스터를 도통 상태로 하면서, 전압 가압 수단으로부터 신호선(25)에 소정의 전압을 인가함으로써 제 2 전극(20)에 전압을 인가한다. 이에 따라, 제 1 전극(13)과 제 2 전극(20) 사이에 상대적인 전위 차가 발생하므로, 액정층(24)에는 가로 전계가 인가됨으로써, 액정층(24)의 배향 상태가 리버스 트위스트 상태에서 스프레이 트위스트 상태로 천이한다. 주사선(15)으로 인가하는 전압(게이트 전압)은, 예를 들어 10V의 펄스파, 신호선(25)에 인가하는 전압은, 예를 들어 ±10V를 프레임마다 반전시킨 전압으로 한다. 가로 전계를 인가하는 시간은, 예를 들어 약 01~0.5초 사이 정도이다.
상기한 스프레이 트위스트 상태, 리버스 트위스트 상태 중 어느 것이나 전압 인가를 해제한 후에도 그 배향 상태가 유지되므로, 표시를 바꾼 후에는 전혀 전압을 인가할 필요가 없어, 소비 전력을 매우 낮게 억제할 수 있다. 예를 들어, 이러한 리버스 TN형 액정 소자를 매트릭스 형상으로 배열하여 액정 표시 장치를 구성하였다면, 본 실시형태에서는 스프레이 트위스트 상태에서 리버스 트위스트 상태로의 천이, 및 리버스 트위스트 상태에서 스프레이 트위스트 상태로의 천이 모두 각 화소마다 제어할 수 있다. 따라서, 제 1 실시형태와 비교하여 표시 변경의 자유도는 보다 높아진다. 예를 들어, 현재 제안되고 있는 전기영동 방식의 전자 페이퍼 디스플레이에서는 모두 일단 화면 전체를 백색 표시 또는 검정 표시로 리셋할 필요가 있으며, 이것을 하지 않으면 원하는 위치에 모든 전기영동 입자를 이동시킬 수가 없게 되거나, 반복 표시 전환을 하고 있는 경우에는 전기영동 입자가 치우치거나 하는 경우가 있는데, 본 실시형태에 따르면 그러한 불량이 발생하지 않는다.
다음으로, 리버스 TN형 액정 소자의 다른 구성예에 대하여 설명한다.
도 12는 제 3 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자의 구성예를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 12의 (A)에 나타내는 제 3 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자는, 외부로부터의 빛을 이용하여 표시를 하는 반사형 액정 소자이며, 액정 패널(50)과, 이 액정 패널(50)의 아랫면측에 배치되는 반사판(51)과, 액정 패널(50)의 윗면측에 배치되는 산란판(52), 이 산란판(52)에 겹쳐서 배치되는 λ/4 파장판(53), 이 λ/4 파장판(53)에 겹쳐서 배치되는 편광판(54)을 구비한다. 반사판(51)으로는, 예를 들어 은필름을 이용할 수 있다. 또한, 산란판(52)으로는, 예를 들어 헤이즈 값이 43~45%인 것을 복수장 겹친 것을 이용할 수 있다. 그리고, λ/4 파장판(53)으로는, 예를 들어 위상차가 약 137㎚인 것을 이용할 수 있다. 또한, 산란판(52)은 액정 패널(50)의 아랫면측에 배치되어도 좋다. 이러한 경우에는 반사판(51)과 액정 패널(50)의 상호간에 산란판(52)이 배치된다.
도 12의 (B)에 나타내는 바와 같이, 액정 패널(50)에서의 하측 기판의 러빙 방향(RL), 상측 기판의 러빙 방향(RU)이 이루는 각도는, 예를 들어 70°(반사형에서의 적정값의 일례)로 설정된다. 액정층의 액정 재료에는, 예를 들어 d/p=0.143이 되도록 키랄제가 첨가된다. 액정층의 액정 재료의 Δn의 값은, 예를 들어 0.065~0.15 정도이다. 편광판(54)의 투과축(P)은 상측 기판의 러빙 방향(RU)과 평행하게 설정되며, λ/4 파장판(53)의 위상차 축(P')은 편광판(54)의 투과축과 대략 45°의 각도로 설정된다. 액정 패널(50)의 내부 구조에 대해서는, 상기한 제 1 실시형태 또는 제 2 실시형태의 액정 소자와 마찬가지이다(모두 편광판을 제외).
도 13은 제 3 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자의 구성예를 나타내는 단면도이다. 여기에서는 일례로서, 액정 패널(50)로서 제 1 실시형태의 액정 소자를 채용한 경우에 대하여 도시하였는데, 제 2 실시형태의 액정 소자를 채용한 경우도 마찬가지이다. 이러한 액정 패널(50)에서의 제 1 전극(13b)은 금속막으로 이루어지고, 더욱이 표면에 요철이 형성되어 있다. 이에 따라, 제 1 전극(13b)은 반사판(51) 및 산란판(52)의 기능도 겸비할 수 있다. 제 3 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자의 제조 방법에 대해서는 상기한 제 1 실시형태 또는 제 2 실시형태와 마찬가지이며, 예를 들어 제 1 전극(13b)의 형성 공정을 주사선(15)의 형성 공정과 공통화하면, 그 이외에는 공통의 공정을 채용할 수 있다. 또한, 제 1 전극(13b)이 반사판(51)의 기능만을 겸하고, 산란판(52)에 대해서는 상기와 같이 외부 장착하여도 좋다.
도 14는 제 3 실시형태의 리버스 TN형 액정 소자의 반사율 특성의 일례를 나타내는 도면이다. 도 14에서는 액정층의 트위스트각을 70°로 설정하고, 액정 소자의 기판면 법선에 대하여 30° 방향에서 광입사하며, 법선 방향에서 반사율을 측정하였을 때의 Δn 의존성의 반사율 특성이 나타나 있다. 이러한 경우, 액정 재료의 Δn이 0.08일 때에 반사율 및 콘트라스트비가 특히 뛰어나다는 것을 알 수 있다. 또한, 여기에서는 λ/4 파장판(53)의 위상차 축을 액정층의 층 두께 방향의 대략 중앙에서의 액정 분자의 장축 방향과 직교하도록 설정하고, 편광판(54)의 투과축은 상측 기판의 러빙 방향과 평행하게 설정되어 있는데, 각각의 설정은 이것으로 한정되지 않는다. 반사형으로 함으로써 백라이트가 불필요하게 되어, 특히 소비 전력을 억제할 수 있게 된다.
다음으로, 제 4 실시형태로는, 상기한 제 1 내지 제 3 실시형태 중 어느 액정 소자가 가지는 메모리성을 이용한 저소비 전력 구동이 가능한 액정 표시 장치의 구성예에 대하여 설명한다.
도 15는 제 4 실시형태의 액정 표시 장치의 구성예를 모식적으로 나타내는 도면이다. 도 15에 나타내는 액정 표시 장치는, 복수의 화소부(100)를 매트릭스 형상으로 배열하여 구성되는 액티브 매트릭스형의 액정 표시 장치이고, 각 화소부(100)로서 상기한 어느 실시형태의 액정 소자가 이용되고 있다. 구체적으로는, 액정 표시 장치는, 제 1 방향으로 연장되는 복수의 주사선(101)과, 각 주사선(101)에 대하여 전압을 공급하는 드라이버(104)와, 각각이 주사선(101)과 직교하여 제 2 방향으로 연장되는 복수의 신호선(102) 및 공통선(103)과, 각 신호선(102)에 대하여 전압을 공급하는 드라이버(105)와, 각 공통선(103)에 대하여 전압을 공급하는 드라이버(106)와, 각 주사선(101)과 각 신호선(102)의 교차점에 설치된 화소부(100)를 포함하여 구성되어 있다. 각 화소부(100)는 제 1 전극 또는 제 2 전극의 한쪽이 공통선(103)에 접속되고, 다른 쪽이 박막 트랜지스터에 접속된다. 또한, 공통 전극에 대해서는 각 화소부(100)에 공통으로 설치된다.
이상과 같은 각 실시형태에 따르면, 2개의 배향 상태 사이의 천이를 발생시키기에 적합한 스위칭 소자 및 전극의 구조를 가지는 신규 액정 소자가 얻어진다. 또한, 액정 소자의 2개의 배향 상태의 쌍안정성(메모리성)을 이용함으로써 표시 전환시 이외에는 기본적으로 전력을 필요로 하지 않는 저소비 전력의 액정 표시 장치가 얻어진다.
그리고, 본 발명은 상술한 내용으로 한정되는 것이 아니며, 본 발명의 요지의 범위 내에서 다양하게 변형하여 실시할 수 있다.
예를 들어, 상기한 각 실시형태에서는 액정층의 트위스트각을 70°(반사형) 또는 90°(투과형)으로 하였는데, 트위스트각은 이것으로 한정되는 것은 아니다. 이러한 경우에는, 백색 표시에서의 밝기를 보다 확보하기 위해서는 액정층 내의 위상차(retardation)값을 조정하면 된다.
또한, 제 1 편광판과 제 2 편광판의 각 투과축이 이루는 각도를 90° 정도로 한 노멀리 화이트(normally white) 상태의 액정 소자에 대해서 예시하였는데, 노멀리 블랙(normally black) 상태의 액정 소자로 하여도 상관없다. 그리고, 배향 처리 방법에 대해서는 러빙법으로 한정되지 않는다.
또한, 스위칭 소자의 일례로서의 박막 트랜지스터의 구조는 예시하는 보텀 게이트형으로 한정되지 않으며, 탑 게이트형이어도 좋다.
그리고, 제 2 전극은, 상기와 같은 복수의 슬릿을 가지는 것으로 한정되지 않고, 예를 들어 복수의 전극 가지(직선부)를 가지는 빗살 형상의 전극이어도 좋다. 더욱이, 제 1 전극에 대해서도 빗살 형상 전극으로 하고, 제 2 전극의 각 전극 가지와 제 1 전극의 각 전극 가지를 서로 다르게 배치하여도 좋다. 이러한 경우에는, 제 1 전극과 제 2 전극을 동일한 면 위에 배치하는 것도 가능해진다.
1: 상측 기판 2: 하측 기판
3: 액정층 11: 제 1 기판(하측 기판)
12: 제 2 기판(상측 기판) 13, 13b: 제 1 전극
14, 14a: 공통선 15: 주사선
16: 절연막 17: 반도체막
18: 소스 전극 19, 19a: 드레인 전극
20: 제 2 전극 21: 제 1 배향막
22: 제 2 배향막 23: 공통 전극
24: 액정층 25: 신호선
26: 절연막 31: 제 1 편광판(하측 편광판)
32: 제 2 편광판(상측 편광판) 50: 액정 패널
51: 반사판 52: 산란판
54: λ/4 파장판 54: 편광판
100: 화소부 101: 주사선
102: 신호선 103: 공통선
104, 105, 106: 드라이버

Claims (6)

  1. 각각의 일면에 배향 처리가 실시되어 있고, 대향 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판의 일면측에 각각이 개별로 설치된 복수의 제 1 전극과,
    상기 제 1 기판의 판 두께 방향에 있어서 상기 제 1 전극과 이간하여 상기 제 1 기판의 일면측에 각각이 개별로 설치되어, 각각이 상기 복수의 제 1 전극 중 어느 하나와 평면시로 중첩되는 복수의 제 2 전극과,
    각각이 개별로 상기 제 1 기판의 일면측에 설치되고, 각각이 상기 복수의 제 2 전극 중 어느 하나에 접속된 복수의 스위칭 소자와,
    상기 제 2 기판의 일면측에, 상기 복수의 제 1 전극과 상기 복수의 제 2 전극에 대하여 공통으로 설치된 공통 전극과,
    상기 제 1 기판의 일면과 상기 제 2 기판의 일면 사이에 설치된 액정층을 포함하며,
    상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판은, 상기 액정층의 액정 분자를 제 1 방향으로 비트는 제 1 배향 상태를 발생시키도록 상기 배향 처리 방향을 설정하고,
    상기 액정층은 상기 액정 분자가 상기 제 1 방향과는 반대인 제 2 방향으로 비틀린 제 2 배향 상태를 발생시키는 성질의 키랄제를 함유하며,
    상기 복수의 제 1 전극 중 적어도 하나에 상기 복수의 스위칭 소자 중 하나를 사용하여 전압이 인가됨과 동시에 상기 공통 전극에 전압이 인가되어 상기 액정층의 층 두께 방향으로 전계가 주어짐으로써 상기 전압이 주어진 제 1 전극에 대응하는 영역의 상기 액정층이 상기 제 2 배향 상태에서 상기 제 1 배향 상태로 천이하고, 상기 복수의 제 1 전극 중 적어도 하나에 상기 복수의 스위칭 소자 중 하나를 사용하여 전압이 인가됨과 동시에 상기 복수의 제 2 전극 중 적어도 하나에 전압이 인가되어 상기 제 1 기판의 상기 일면과 평행 방향으로 전계가 주어짐으로써 상기 전압이 인가된 제 1 전극과 제 2 전극에 대응하는 영역의 상기 액정층이 상기 제 1 배향 상태에서 상기 제 2 배향 상태로 천이하는 액정 표시장치.
  2. 각각의 일면에 배향 처리가 실시되어 있고, 대향 배치된 제 1 기판 및 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판의 일면측에 각각이 개별로 설치된 복수의 제 1 전극과,
    상기 제 1 기판의 판 두께 방향에 있어서 상기 제 1 전극과 이간하여 상기 제 1 기판의 일면측에 각각이 개별로 설치되어, 각각이 상기 복수의 제 1 전극 중 어느 하나와 평면시로 중첩되는 복수의 제 2 전극과,
    각각이 개별로 상기 제 1 기판의 일면측에 설치되고, 각각이 상기 복수의 제 2 전극 중 어느 하나에 접속된 복수의 스위칭 소자와,
    상기 제 2 기판의 일면측에, 상기 복수의 제 1 전극과 상기 복수의 제 2 전극에 대하여 공통으로 설치된 공통 전극과,
    상기 제 1 기판의 일면과 상기 제 2 기판의 일면 사이에 설치된 액정층을 포함하며,
    상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판은, 상기 액정층의 액정 분자를 제 1 방향으로 비트는 제 1 배향 상태를 발생시키도록 상기 배향 처리 방향을 설정하고,
    상기 액정층은 상기 액정 분자를 상기 제 1 방향과는 반대인 제 2 방향으로 비트는 제 2 배향 상태를 발생시키는 성질의 키랄제를 함유하며,
    상기 복수의 제 1 전극 중 적어도 하나에 전압이 인가됨과 동시에 상기 공통 전극에 전압이 인가되어 상기 액정층의 층 두께 방향으로 전계가 주어짐으로써 상기 전압이 주어진 제 1 전극에 대응하는 영역의 상기 액정층이 상기 제 2 배향 상태에서 상기 제 1 배향 상태로 천이하고, 상기 복수의 제 2 전극 중 적어도 하나에 상기 복수의 스위칭 소자 중 하나를 사용하여 전압이 인가됨과 동시에 상기 복수의 제 1 전극 중 적어도 하나에 전압이 인가되어 상기 제 1 기판의 상기 일면과 평행 방향으로 전계가 주어짐으로써 상기 전압이 인가된 제 1 전극과 제 2 전극에 대응하는 영역의 상기 액정층이 상기 제 1 배향 상태에서 상기 제 2 배향 상태로 천이하는 액정 표시장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 2 전극은 상호 이간하여 평행 배치된 복수의 직선부를 가지는 액정 표시장치.
  4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 전극과 상기 제 2 전극이 절연막을 통하여 적층되어 있는 액정 표시장치.
  5. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판은, 각각 상기 액정층과의 경계면에 있어서 그 액정층의 액정 분자에 20°이상의 프리틸트각을 부여하는 액정 표시장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 키랄제는 상기 액정층의 층 두께(d)에 대한 키랄 피치의 비(d/p)가 0.04 이상 0.25 이하가 되도록 첨가되는 액정 표시장치.
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