KR19980042891A

KR19980042891A - 액정 디스플레이 장치

Info

Publication number: KR19980042891A
Application number: KR1019970063874A
Authority: KR
Inventors: 후카사와데루아키
Original assignee: 쓰네토아키라; 가부시키가이샤파이롯트
Priority date: 1996-11-28
Filing date: 1997-11-28
Publication date: 1998-08-17
Also published as: US5854666A; JPH10161077A; KR100359363B1; JP3145938B2

Abstract

높은 콘트라스트와 우수한 디스플레이 특성을 가진 TN 모드 정상 흰색 포멧 액정 디스플레이 장치가 개시된다. 계조 반전의 각은 증가되며, 100 이상의 수직 콘트라스트가 꼬임각을 78°- 90°로, 바람직하게는 84°- 90°로, Δn·d 를 0.3-0.4μm 로, 바람직하게는 0.35-0.38μm 로, Δε를 6.2 이상으로 설정하여 얻어진다.

Description

액정 디스플레이 장치

본 발명은 액정 디스플레이 장치에 관한 것이며, 특히, TN 모드 정상 흰색 포멧 활성 매트릭스 타입 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.

본 출원은 여기에 그 내용이 참조로 통합되어 있는, 특허 출원 제 8-317598 호를 기본으로 하고 있다.

종래에는, TN 모드 (twisted nematic mode) 정상-흰색 포멧 활성 매트릭스 타입 액정 디스플레이 장치 (normally-white format active matrix type liquid crystal display device) 는 스위치 소자와 픽셀 전극을 가진 정면 패널과 후면 패널사이의 공간에 액정층을 형성하고, 이 정면 패널과 후면 패널의 외측위에 편광판을 위치시켜 일반적으로 구성된다. 광의 투과는 정면 패널과 후면 패널의 내부 표면위에 형성된 전극들에 인가되는 전압에 따라서 액정 분자의 방향을 바꿈으로써 변화된다.

이러한 타입의 액정 디스플레이 장치를 구성하는 활성 매트릭스 패널의 하나의 픽셀의 구조를 나타낸 평면도가 도 8a 에 도시되어 있다. 도 8b 는 도 8a에서 선 X-X를 따라 절단한 확대된 단면도를 포함한 액정 디스플레이 장치를 도시한 단면도이다.

복수의 게이트 선 (스캐닝 선) (10) 과 드레인 선 (신호선) (14) 은 활성 매트릭스 패널 (509) 의 내측 표면을 따라 수평 및 수직으로 연장되어 있으며, 박막 트랜지스터를 사용한 스위치 소자 (18) 는 각각의 교차부 부근에 형성된다. 인듐 주석 산화물등으로 이루어진 투명 픽셀 전극 (17) 은 게이트선 (10) 과 드레인선 (14) 에 의해 형성된 각각의 셀내에 형성되어, 매트릭스 형태로 정렬된 픽셀을 형성한다. 각각의 픽셀 전극 (17) 은 스위치 소자 (17) 의 소오스 전극 (15) 에 접속되고 스위치 소자 (18) 의 드레인 전극 (14a)을 경유하여 드레인선 (14) 에 접속된다. 박막 트랜지스터가 이러한 스위치 소자 (18)를 형성하기 위하여 흔히 사용된다. 이러한 박막 트랜지스터는 게이트 전극 (10a) 의 상부에 게이트 절연막 (20) 과 반도체층 (20) 을 형성하고, 반도체층 (30) 의 각각의 측면위에 드레인 전극 (20) 과 소오스 전극 (15a)을 제공함으로써 생성될 수 있다.

3 가지 기본 색채인, 빨간색 (R), 파란색 (B) 및, 녹색 (G) 의 색채 필터 (507) 는 활성 매트릭스 패널의 픽셀에 해당하는 후면 패널 (508) 의 내측 표면위의 위치에서 매트릭스 형태로 정렬된다. 이러한 색채 필터는 색소가 분산된 폴리머 또는 염색된 수용성 폴리머에 의해 일반적으로 형성된다. 활성 매트릭스 패널위의 박막 트랜지스터들사이의 또는, 색채 필터들사이의 광 누출을 막기 위하여, 광 차단막 (512) 으로서, 크롬 박막 또는 검게 염색된 합성수지가 일반적으로 사용된다. 부가적으로, ITO 등으로 이루어진 공통 전극 (16) 이 색채 필터 (507) 와 광 차단막 (512) 위에 형성된다.

정위의 방향이 대략 수직이 되도록 형성되는 폴리이미드막을 문질러서 생성된 정위막 (OR11 및 OR12) 은 두 개의 투명 패널 (1 및 2) 의 내부 표면위에 각각 형성된다. 전기장이 인가되지 않을 때, 액정 분자는 그의 정위가 대략 투명 패널 표면과 평행이 되고, 전체적인 정위는 하나의 투명 패널에서 다른 투명 패널까지 90。를 지나 점차로 회전되도록 제어된다.

다음으로, 이러한 활성 매트릭스 액정 디스플레이 패널의 동작이 설명된다. 필요한 전기적 전압이 선 (10) 에 인가될 때, 스위치 소자 (18) 는 턴온되고, 전하는 반도체 층 (30) 과 소오스 전극 (15)을 통해 드레인 선 (14) 으로부터 픽셀 전극 (17) 까지 지나간다. 투과된 광의 회전 편광을 변화시키기 위하여, 액정 분자는 픽셀 전극 (17) 과 공통 전극 (16) 사이의 수직 전기장에 따라 소정 방향으로 정렬된다. 그후에, 두 개의 편광판 (505 및 506) 이 각각의 픽셀에 인가된 전압에 따라 광의 투과성을 변화시키기 위하여 작용되어, 이미지를 형성하도록 밝고 어두운 영역을 발생시킨다.

그러나, 이러한 종래의 액정 디스플레이 장치에서, 투과된 광의 회전 편광성이 변화하기 때문에, 명암은 스크린이 보여지는 각도에 따라 변화하는 것으로 알려져 있다. 일반적으로, 액정의 정위 방향은 높은 투시 시야가 더 밝고 낮은 투시 시야가 더 어둡도록 흔히 제어된다. 이 경우에, 바람직한 콘트라스트를 가진 이미지는 수직으로 똑바로 세워져 위치된 스크린이 수직으로 보여질 때, 즉, 스크린의 표면과 직각인 방향으로 보여질 때 나타날 수 있다. 그러나, 스크린이 스크린과 직각인 선에 대해 대각선으로 아래방향으로부터 보여질 때, 스크린은 어둡게 보여질 수 있으며, 더욱 아래로부터 볼 때, 스크린위의 밝은 영역과 어두운 영역은 반전되어 계조의 반전을 초래할 수 있다. 한편, 스크린이 스크린에 직각인 선에 대해 대각선으로 위방향으로부터 보여질 때, 스크린은 밝게 보일 수 있다. 이러한 효과는 광의 회전 편광이 전기장의 방향을 따라 액정 분자를 정렬하기 위하여 패널과 수직인 전기장을 액정층에 인가함으로써 제어되는 디스플레이 포멧으로 액정 분자의 정위가 고정되기 때문에 발생한다. 이는 정위막 OR11 및 OR12 에 의해 제어되는 액정 분자의 정위의 방향으로 인하여 전기장이 인가될 때 정렬의 방향이 고정되기 때문이다.

이 효과는 액정의 꼬임각 및 Δn·d 를 최적화함으로써 개선될 수 있는 것으로 알려져 있다. 여기서, Δn·d 는 액정의 굴절 인덱스 부등방성 Δn 와 액정층, 즉, 패널갭의 두께 d 의 곱이다. 계조 반전이 발생하는 시야의 각도는 꼬임각이 감소하거나 Δn·d 가 감소할 때, 넓어지는 경향이 있으며, 계조 반전은 꼬임각과 Δn·d 를 그의 최적값으로 설정함으로써 개선될 수 있다. 그러나, 계조 반전을 방지하기 위한 최적 범위로 꼬임각과 Δn·d 를 설정하기 위하여 꼬임각과 Δn·d 가 감소될 때, 검은색의 투과비는 콘트라스트를 낮게 하기위하여 증가하는 경향이 있다.

그러므로, 특정 탄성율을 가진 액정을 사용하는 방법과 비대칭 도팬트를 감소시키는 방법이 계조 반전을 방지하지만 높은 콘트라스트를 가진 액정 디스플레이 장치를 얻기 위한 방법들로서 제안되었다.

예를 들면, 일본 특허 출원 제 1-243019 호는 Δn·d 가 0.3-0.6 으로 설정되고, 액정의 굽힘율 (k33) 과 퍼짐율 (k11) 사이의 비율 (k33/k11) 은 1.0 이하이며, 액정의 굽힘율 (k33) 과 꼬임율 (k22) 사이의 비율 (k33/k22) 이 2.0이상인 액정을 사용하여, 시야의 넓은 각도와 높은 콘트라스트를 가진 액정 디스플레이 장치를 구성하는 것을 제안한다. 이 제 1 종래의 예는 특정 탄성율을 가진 액정을 사용함으로써 인가된 전압에 대한 액정층의 투과 특성을 변화시킴으로써 높은 콘트라스트를 얻는다.

그러나, 이러한 타입의 탄성율은 액정 물질이 시아노 군 또는 플루오르 군을 갖지 않고 높은 편광성을 갖지 않는다면 성취될 수 없다. 높은 편광성을 가진 액정 물질을 사용한 디스플레이 장치는 액정의 높은 편광성 때문에 불순물을 쉽게 수집하여, 디스플레이 얼룩 또는 장기간 잔여 이미지를 형성하는 경향을 가지므로, 실제 적용에 적합하지 않다.

부가적으로, 일본 특허 출원 제 4-338732 호는 꼬임각을 70-88°로, Δn·d 를 0.30-0.38 로 설정하고, 꼬임각이 감소되기 때문에 액정의 정위 방향으로부터 편광판을 0-10°만큼 비끼게 하여, 비대칭 도팬트를 부가시키지 않고 액정 셀에서 시야 특성의 각도를 개선시키는 것을 설명한다. 일반적으로, 비대칭 도팬트는 액정의 꼬이는 방향을 제어하기 위하여 액정에 부가된다. 비대칭 도팬트가 더 많이 부가될수록, 액정이 꼬이는 것을 제어하는 힘은 더 강해진다. 이러한 제 2 종래의 예에서, 꼬임각은 작고, 비대칭 도팬트가 부가되지 않으며, 그 결과로서, 액정의 꼬임은 전기적 전압이 인가될 때 쉽게 느슨해지고, 콘트라스트는 증가한다.

그러나, 비대칭 도팬트가 부가되지 않는 이러한 타입의 액정 셀에서, 액정이 의도된 방향과 반대의 방향으로 꼬이는 영역이 매우 쉽게 발생하여, 그 결과 디스크리네이션 (disclination) 및 디스플레이 얼룩이 발생할 수 있다.

상기 설명된 종래 기술의 제 1 및 제 2 예가 높은 콘트라스트를 가지며 시야 특성의 각도를 개선시키더라도, 이들은 또한 디스플레이 얼룩으로 귀결되고, 디스플레이 성능의 신뢰도를 감소시키므로, 실제의 적용에 적합하지 않다.

상기의 문제들의 면에서, 본 발명의 목적은 어떤 특정한 제조 단계를 요구하지 않고 제조될 수 있는, 우수한 각도의 시야 특성과 함께 높은 콘트라스트를 가진 TN 모드의 정상 흰색 포멧 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.

도 1 은 TN 모드의, 정상 흰색 포멧 활성 매트릭스 타입 액정 디스플레이 장치에서 Δn·d 와 낮은 투시 계조 반전 각사이의 관계를 나타낸 그래프.

도 2 는 동일한 액정 디스플레이 장치에서 Δn·d 와 수직 콘트라스트사이의 관계를 나타낸 그래프.

도 3 은 동일한 액정 디스플레이 장치에서 수직 콘트라스트 피크와 꼬임각사이의 관계를 나타낸 그래프.

도 4 는 동일한 액정 디스플레이 장치에서 수직 콘트라스트와 Δε사이의 관계를 나타낸 그래프.

도 5 는 동일한 액정 디스플레이 장치에서 투과비와 Δn·d 사이의 관계를 나타낸 그래프.

도 6a 는 스위치 소자로서 TFT를 사용한 활성 매트릭스 패널에서 하나의 픽셀을 나타낸 평면도.

도 6b 는 도 6a에서 선 X-X를 따라 절단한 단면도.

도 7 은 액정의 정위 방향과 광의 편광축사이의 관계를 나타낸 도면.

도 8a 는 TN 모드의 정상 흰색 포멧 액정 디스플레이 장치의 활성 매트릭스 패널에서 하나의 픽셀을 나타낸 평면도.

도 8b 는 도 8a에서 선 X-X를 따라 절단한 단면도.

*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*

9 : 액정층 10 : 선

10a : 게이트 전극 14 : 드레인 선

14a : 드레인 전극 15: 소오스 전극

16 : 공통 전극 17 : 투명 픽셀 전극

18 : 스위치 소자 20 : 게이트 절연막

23 : 절연 보호막 30 : 반도체층

512 : 광 차단막 507 : 색채 필터

본 발명은 복수의 스위치 소자와 그에 접속되어 있는 픽셀 전극을 포함하며, 매트릭스 형태로 정렬되고, 제 1 정위막으로 덮인 베이스 패널과; 픽셀 전극에 대응하는 복수의 색채 필터를 가지며, 제 2 정위막으로 덮인 후면 패널과; 베이스 패널과 후면 패널사이의 액정층과; 베이스 패널의 외측위에 제공된 제 1 편광판; 및 후면 패널의 외측위에 제공된 제 2 편광판을 구비하며; 꼬임각은 78°이상 90°이하이며, 액정층의 굴절 인덱스 부등방성 Δn 과 두께 d 사이의 곱 Δn·d 는 0.3μm이상 0.4 μm 이하이며, 유전 상수 부등방성 Δε 은 6.2 이상이며, 한계 전압은 1.2 V 이하인 TN 모드 정상 흰색 포멧 액정 디스플레이 장치를 제공한다.

이 경우에, 꼬임각이 84°이상 90°이하이고, 액정층의 굴절 인덱스 부등방성Δn 과 두께 d 의 곱 Δn·d 은 0.35 μm 이상 0.38 μm 이하이며, 유전 상수 부등방성Δε 은 6.2 이상이며, 한계 전압은 1.2 V 이하일 때 더욱 바람직하다.

부가적으로, 문질렀던 폴리이미드막을 포함하는 제 1 정위막과 제 2 정위막을 사용하는 것이 가능하다.

또한, 액정 디스플레이 장치는 베이스 패널이 제 1 투명 패널의 표면위에 제공된 복수의 평행 스캐닝 선과, 스캐닝 선을 교차하는 복수의 평행 신호선과, 스캐닝선과 신호선사이의 교차 부분에 각각 제공되고 스캐닝선과 신호선에 접속된 복수의 3 단자 스위치 소자 및, 신호선 및 스위치 소자와 제 1 정위막사이에 제공된 절연 보호막을 포함하며; 후면 패널은 베이스 패널의 스위치 소자와 일치하는 선택된 위치에서 제 2 투명 패널의 표면위에 제공된 복수의 광 차단막 및 색채 필터와 제 2 정위막사이에 제공된 공통 전극을 포함하도록 구성된다.

활성 매트릭스 타입 액정 디스플레이 장치에서, 계조 반전은 꼬임각의 크기와 Δn·d 에 따라 변화한다. 도 1 은 특정 계조의 투과비가 낮은 투시 시야로부터 반전되는 각도, 즉, 계조 반전이 발생하지 않는 각도의 범위를 나타낸 그래프이다. 이 경우에, 액정층의 유전 상수 부등방성Δε 는 4 이다. 패널을 수직으로 볼 때 0, 10 의 투과비와 각각의 부가적인 10% 가 얻어지는 전압이 결정되며, 이러한 전압에서 투시각 특성이 결정되고, 1% 이상의 투과비에서 반전이 발생하는 각도는 반전 투시각이 될 때 측정된다. Δn·d 를 일정하게 유지할 때, 계조 반전이 발생하지 않는 각도의 범위는 꼬임각이 감소될 때 넓어지고, 꼬임각을 일정하게 유지할 때, 계도 반전이 발생하지 않는 각도의 범위는 Δn·d 이 감소될 때 넓어진다. 이는 Δn·d 와 꼬임각을 감소시키는 것이 계조 반전을 방지하기 위하여 효과적이며, 특히, 꼬임각이 90°이하가 되고 Δn·d 가 0.4μm 이하가 되는 것이 바람직하다는 것을 나타낸다. 그러나, 꼬임각과 Δn·d 가 너무 작을 때, 콘트라스트 피크는 중앙으로부터 더 낮은 투시쪽으로 쉬프트하고, 수직 콘트라스트는 감소된다. 도 2 는 다른 꼬임각에 대해 수직 콘트라스트와 Δn·d 사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 이 경우에, Δε 은 4 이다. 꼬임각이 더 작아질 때, 수직 콘트라스트는 감소되는 경향이 있다. 부가적으로, 꼬임각을 일정하게 유지할 때, 수직 콘트라스트는 Δn·d 가 더 커질 때 감소되는 경향이 있다. 콘트라스트의 이러한 감소는 검은색 광도가 상대적으로 상승하기 때문에 발생한다. 실제로, 수직 콘트라스트가 100 이하이면, 디스플레이 특성은 불충분할 수 있기 때문에 100 이상의 수직 콘트라스트가 요구된다. 따라서, 콘트라스트와 투시각 특성은 모두 꼬임각이 84°이상이며 Δn·d 가 0.4μm 이하일 때 수용가능하다. 그러나, 이러한 조건은 최소한 필요한 콘트라스트만이 얻어지도록 허용하여, 양호한 투시각 특성을 얻기 위하여 다소 불충분하다.

부가적으로, 꼬임각이 작을 때, 콘트라스트 피크값은 감소되고, 바람직하지 않다. 도 3 은 꼬임각과 콘트라스트 피크사이의 관계를 도시한 그래프이다. 이 경우, Δε은 4 이고 Δn·d 는 0.4μm 이다. 콘트라스트 피크는 꼬임각이 작아지면 낮아진다. 거의 250 의 콘트라스트 피크가 실제적 적용을 위해 요구되기 때문에, 꼬임각은 바람직하게는 80°이상이어야 한다.

도 4 는 꼬임각이 80°이고 Δn·d 가 0.4μm 인 TN 액정 셀내의 액정에서 수직 콘트라스트와 유전 상수 부등방성사이의 관계를 나타낸 그래프이다. 유전 상수 부등방성이 증가할 때, 수직 콘트라스트는 상승한다. 이는 유전 상수가 더 높아질 때, 한계 전압이 낮아져서, 패널의 표면근처의 액정 분자가 전압의 인가시 더욱 정렬되도록 하여, 검은색 광도를 감소시키고, 콘트라스트를 증가시키기 때문이다. 결과적으로, 유전 상수 부등방성이 6.2 이상인 액정에서, 100 이상의 수직 콘트라스트가 꼬임각이 80°이고 Δn·d 가 0.4μm 일 때 얻어질 수 있다. 꼬임각이 80°보다 클 때, 콘트라스트는 더욱 증가되어, 훨씬 양호한 디스플레이 특성으로 귀결된다. 한계 전압 Vth 가 액정 셀의 투과비가 정상 흰색 포멧에서 90% 가 되는 구동 전압일 때, 한계 전압 Vth 과 Δε사이의 관계는 하기의 등식으로 표현될 수 있다.

한계 전압 Vth (검은색 광도) 이상의 구동 전압에서 검은색의 투과비는 한계 전압 Vth 이 감소할 때 감소하여, 콘트라스트를 상승시킨다. K 는 액정의 물리 상수 특성이다. 도 4 는 K 가 상수 일 때, 수직 콘트라스트 비율과 Δε사이의 관계를 도시한다. Δε가 6.2 일 때, Vth 는 1.2V 이다. 그러므로, 100 이상의 수직 콘트라스트는 Δε가 6.2 이상이거나 Vth 가 1.2 V 이하이면 성취될 수 있다.

그러므로, 감소된 계조 반전과 높은 콘트라스트를 가진 디스플레이가 꼬임각을 80°이상 90°이하로, Δn·d 를 0.4μm 이하로 하고, 6.2 이상의 유전 상수를 가진 액정을 사용하여 얻어질 수 있을 때, Δn·d 가 너무 작으면, 투과된 광 세기의 감소와 피크 콘트라스트의 감소가 발생할 수 있으므로, 투시 시야의 범위는 개선되지 않는다.

도 5 는 Δn·d 가 너무 작으면 투과비가 감소되고, 특히, 투과비는 바람직하게는 0.3μm 이상이어야 한다는 것을 나타낸, Δn·d 와 투과비사이의 관계를 나타낸 그래프이다.

이하에는, 본 발명의 실시예가 도 6a, 6b 및 7을 참조로 설명된다. 도 6a 는 본 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치의 활성 매트릭스 패널의 평면도이다. 도 6b 는 도 6a에서 선 X-X를 따라 절단한 단면도이다. 도 7 은 액정의 정위 방향과 편광축사이의 관계를 나타낸 도면이다. 이 액정 디스플레이 장치는 활성 매트릭스 패널 (509) 과, 후면 패널 (508) 과, 그사이에 끼워진 액정 층 (9) 및, 패널들의 외측위에 제공되는 편광판 (505 및 506)을 포함한다.

활성 매트릭스 패널 (509) 은 투명 패널 (1) 위에 형성된 복수의 평행 게이트선 (10) 과, 게이트 선 (10) 에 대칭으로 형성된 복수의 평행 드레인선 (14) 및, 각각의 교차 부분의 부근에 형성된 박막 트랜지스터 (TFT) (18)를 갖는다. 투명 픽셀 전극 (17) 은 픽셀들을 매트릭스 형태로 정렬되도록 형성하기 위하여, 게이트선 (10) 과 드레인 선 (14) 에 의해 형성된 각각의 셀내에 형성된다. 각각의 픽셀 전극 (17) 은 스위치 소자 (18)의 소오스 전극 (15) 에 접속되고, 스위치 소자 (18)를 경유하여 드레인선 (14) 에 접속된다. 각각의 박막 트랜지스터는 게이트 절연막 (20)을 형성함으로써 생성되고, 게이트 전극 (10a) 위의 반도체 층 (30) 은 게이트선 (10) 으로부터 분기된다. 드레인 선 (14) 으로부터 분기된 드레인 전극 (14a) 과 소오스 전극 (15) 은 반도체 층 (30) 에 접속된다.

후면 패널 (508) 은 활성 매트릭스 패널위의 각각의 3 개의 인접한 픽셀들과 일치하는 개별적인 위치에서 투명 패널 (2) 위에 형성된, 빨간색 필터, 파란색 필터 및 녹색 필터 (도 6b에서 색채 필터 (507) 로 간단히 언급됨)를 포함한다. 광 차단막 (512) 은 색채 필터들사이 또는 활성 매트릭스 패널위의 박막 트랜지스터들사이에서 광이 누출하는 것을 막기 위하여 색채 필터들사이에 형성된다. ITO 로 이루어진 공통 전극 (16) 은 색채 필터 (507) 와 광 차단막 (512) 위에 형성된다.

폴리이미드막으로 이루어진 정위막 OR (11) (도 7에서 화살표 604 의 방향으로 문질러진) 과 OR (12)(도 7에서 화살표 603 의 방향으로 문질러진) 은 정위의 방향이 대략 대각선이 되도록 두 개의 투명 패널의 내부 표면위에 각각 형성된다. 이러한 정위막 OR (11) 및 OR (12) 는 이들이 투명 패널과 거의 평행하고 하나의 투명 패널에서 다른 투명 패널까지 78°- 90°의 각도로 꼬이도록 액정 분자의 정위의 방향을 제어한다. 상부 편광판과 하부 편광판은 스캐닝 선 (게이트선 (10)) 의 방향에 대해 45°만큼 회전되어 서로 대각선이 되도록 방향지어진 편광축을 가진 투명 패널의 외부 표면위에 각각 제공된다.

본 발명에 따른 액정 디스플레이 장치를 제조하기 위한 방법이 하기에 설명된다.

활성 매트릭스 패널은 투명 유리 패널위에 크롬막을 스퍼터링하고, 포토리소그라피에 의해 게이트선 (10) 의 패턴 (각각의 픽셀에 대해 형성된 하나의 분기된 게이트 전극 (10a)을 가진) 을 형성함으로써 형성된다. 실리콘 질화물과 비결정 실리콘 (a-Si)막으로 이루어진 게이트 절연막 (20) 이 CVD 처리에 의해 그위에 순차적으로 형성되고, a-Si 막은 반도체 층 (30) 으로 패터닝된다. 다음으로, 크롬으로 이루어진 소오스 전극 (15) 과 드레인선 (14) (분기된 드레인 전극 (14a)을 가진) 이 형성되고, ITO 로 이루어진 픽셀 전극 (17) 이 형성되며, 실리콘 질화물로 이루어진 절연 보호막 (23) 이 그위에 형성된다. 다음으로, 폴리이미드막이 형성되고, 그후에, 정위막 OR (11)을 형성하기 위하여 게이트 선의 스캐닝 방향에 대해, 45°- 51°만큼 예를 들면 50°경사진 방향으로 문질러진다. 각각의 박막 트랜지스터의 구조는 배경 기술에서 설명된 기술과 동일하다.

다음으로, 광 차단막 (512) 은 투명 패널 (2) 위에 형성되고, 색채 필터 (507) 가 형성되고, 공통 전극 (16) 이 형성되며, 정위막 OR (12)을 생성하기 위하여 폴리이미드막이 형성되고 문질러지며, 그후에, 활성 매트릭스 패널 (509) 과 후면 패널 (508) 이 정위의 방향이 패널들사이에서 거의 3.5-4.0 μm 의 간격을 가지고, 서로, 78°- 90°만큼, 예를 들면, 80°꼬이도록, 함께 적층된다. 그후에, 액정 디스플레이 패널을 생성하기 위하여 주변부는 수지로 밀봉된다. 이는 6.9-10 의 유전 상수 부등방성 Δε 과, 0.075-0.100 의 굴절 인덱스 부등방성 Δn및, 1.2 V 이하의 한계 전압을 가진 네마틱 액정 화합물로 채워지고, 그후에 주입홀이 밀봉된다. 편광판 (505 및 506) 은 그후에 TN 모드의 정상 흰색 포멧 활성 매트릭스 타입 액정 디스플레이 장치를 제조하기 위하여, 패널의 외측에 각각 부착된다.

상기 언급된 액정층은 예를 들면, 하기의 공식 (1), (2) 및 (3) 으로 표시되는 화합물 (복수의 저항율 10¹³-10¹⁴Ω·cm 을 가진) 을 적당하게 혼합하고, 비대칭 도팬트를 부가함으로써 얻어질 수 있다.

상기 공식에서, 각각의 X1, X2 및 X3 는 플루오르 군과, 플루오르메틸 군과, 디플루오르메틸 군과, 트리플루오르메틸 군과, 플루오르메트록시 군과, 디플루오르메트록시 군 및, 트리플루오르메트록시 군 또는 수소 원자중의 임의의 하나를 나타낸다.

R 은 사용되는 1에서 10 탄소 원자를 가진 알킬군 또는 알콕시 군을 나타낸다.

n 은 1 또는 2 의 정수를 나타내고, Y 는 메틸렌, 에틸렌 또는 하나의 결합을 나타낸다.

본 실시예가 TN 모드의 정상 흰색 포멧 TFT 활성 매트릭스 타입 액정 디스플레이 장치일 때, 낮은 투시각 계조 반전이 발생하는 각도는 크고, 수직 콘트라스트와 콘트라스트 피크는 실제 적용의 범위내에 포함될 수 있다. 부가적으로, 비대칭 도팬트의 부재로 인한 디스클리네이션 (disclination) 과 디스플레이 얼룩의 발생은 방지될 수 있다.

유전 상수가 증가될 때 수직 콘트라스트가 증가하더라도, 유전 상수가 너무 크면, 비 선택 주기동안 전압 보유율은 감소되어, 광도의 차이를 초래하여, 디스플레이에 깜박임을 발생시킨다. 부가적으로, 유전 상수가 너무 크면, 액정 분자의 편광성은 높게 되어 이들 분자는 이온 불순물을 끌어당기는 경향을 나타낸다. 그러므로, 동일한 이미지가 장기간의 시간동안 디스플레이되면, 잔여 이미지가 남고, 디스플레이 얼룩을 발생시킨다.

따라서, Δε 에 대한 상부 제한은 깜박임, 잔여 이미지 및 디스플레이 얼룩의 발생 가능성의 면에서 적당한 값으로 설정되어야 한다. 실제 적용시의 문제가 본 발명에서 제거될 수 있으며, 여기서, Δε 이 11로 설정되는 문제는 잔여 이미지와 디스플레이 얼룩의 발생으로 인하여 불가능한 것으로 알려져 있다.

제 1 예에서, 꼬임각은 82°로 설정되며, Δn·d 은 0.35μm (d=4.0μm, Δε=6.5) 로 설정되며, 한계 전압은 1.2V 로 설정된다. 액정층은 하기의 특성으로 공식 (3) 에 의해 표현되는 9 가지 타입의 화합물을 혼합하고 비대칭 도팬트를 부가하여 생성된다.

R	n	Y	X1	X2	X3	wt%
-C₃H₇	1	단일 결합	H	-OCH₃	H	14
-C₇H₁₅	1	단일 결합	H	F	H	11
-C₂H₅	2	단일 결합	H	-OCF₃	H	15
-C₄H₉	2	단일 결합	H	-OCF₃	H	12
-C₃H₇	2	C₂H₄	F	F	H	10
-C₅H₁₁	2	C₂H₄	F	F	H	10
-C₂H₅	2	단일 결합	F	-OCHF₂	F	10
-C₃H₇	2	단일 결합	F	-OCF₃	F	10
-C₅H₁₁	2	단일 결합	F	-OCF₃	F	8

결과적으로, 우수한 디스플레이 특성은 낮은 투시각 계조 반전이 27°에서 발생하고 수직 콘트라스트가 146 인 경우 얻어진다.

유전 상수 부등방성 Δε이 4 이고, Δn·d = 0.45, d = 4.0 μm 이며, 꼬임각이 90°인 정상 활성 매트릭스 타입 액정 디스플레이 장치에서, 탄성율은 제 1 예의 탄성율과 거의 같고, 한계 전압은 1.8V 이며, 수직 콘트라스트는 135 이지만, 낮은 투시각 계조 반전이 발생하는 각도는 7°이다.

제 2 예에서, 액정 디스플레이 장치는 6.9 의 유전 상수 부등방성Δε과, Δn·d = 0.30을 가지며 탄성율에서 거의 차이가 없는 액정이 사용되며, 전압이 1.2 V 로 설정되고 꼬임각이 78°가 되도록 정위는 정렬되며, 3.5 μm 스페이서 (d = 3.5 μm)를 사용하는 것을 제외하면, 제 1 예에서와 동일한 방식으로 제조된다. 수직 콘트라스트는 130 이며, 낮은 투시각 계조 반전은 29°에서 발생한다.

제 3 예에서, 액정 디스플레이 장치는 7.3 의 유전 상수 부등방성 Δε을 가지며, Δn·d = 0.36 이며, 탄성율에서 거의 차이가 없는 액정이 사용되고, 전압은 1.1V 로 설정되며, 꼬임각이 84°가 되도록 정위가 정렬되며, 4.0 μm 스페이서(d = 3.5 μm)를 사용하는 것을 제외하면 실시예 1 과 같은 방식으로 제조된다. 수직 콘트라스트는 190 이고 낮은 투시각 계조 반전은 27°에서 발생한다.

그러므로, 꼬임각과 Δn·d 를 적당한 값으로 설정하고, 유전 상수 부등방성을 가진 액정과, 특정 범위의 한계 전압을 사용함으로써, 투과된 광 세기 또는 수직 콘트라스트는 감소되지 않고, 계조 반전은 크게 개선된다.

디스크리네이션, 디스플레이 얼룩 및 깜빡임은 제 1 예에서 제 3 예중의 어느것에도 발생하지 않는다.

스위치 소자로서 TFT를 사용하는 TN 모드의, 정상 흰색 포멧 활성 매트릭스 타입 액정 디스플레이 장치가 상기에 설명되었지만, 본 발명은 스위치 소자로서 MIM (Metal Insulator Metal) 과 같은 2 단자 소자를 사용한 활성 매트릭스 타입 액정 디스플레이 장치에도 또한 적용될 수 있다는 것은 세부적인 설명이 없어도 관련 기술분야의 당업자들에게 자명하다.

상기에 설명된 바와 같이, 꼬임각과 Δn·d 를 적당한 값으로 설정하고, 유전 상수 부등방성을 가지며, 특정 범위의 한계 전압을 사용함으로써, 투과된 광 세기 또는 수직 콘트라스트는 감소되지 않고, 계조 반전은 크게 개선된다.

Claims

TN 모드의 정상 흰색 포멧 액정 디스플레이 장치에 있어서,

복수의 스위치 소자와 상기 스위치 소자들에 접속되는 픽셀 전극을 포함하며, 매트릭스 형태로 정렬되고, 제 1 정위막으로 덮인 베이스 패널;

상기 픽셀 전극에 대응하는 복수의 색채 필터를 가지며, 제 2 정위막으로 덮인 후면 패널;

상기 베이스 패널과 상기 후면 패널사이의 액정층;

상기 베이스 패널의 외측위에 제공된 제 1 편광판; 및

상기 후면 패널의 외측위에 제공된 제 2 편광판을 포함하며,

꼬임각은 78°이상 90°이하이며, 상기 액정층의 굴절 인덱스 부등방성 Δn 과 두께 d 사이의 곱 Δn·d 은 0.3μm 이상 0.4μm 이하이며, 유전 상수 부등방성 Δε 은 6.2 이상이며, 한계 전압은 1.2V 이하인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 제 1 정위막과 상기 제 2 정위막은 문질러진 폴리이미드막을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 1 항에 있어서, 상기 베이스 패널은,

제 1 투명 패널의 표면위에 제공된 복수의 평행 스캐닝선; 스캐닝선을 교차하는 복수의 평행 신호선; 스캐닝선과 신호선사이의 교차 부분에 제공되며 스캐닝선과 신호선에 각각 접속된 복수의 3 단자 스위치 소자; 및 신호선 및 스위치 소자와 상기 제 1 정위막사이에 제공된 절연 보호막을 포함하며,

상기 후면 패널은 상기 베이스 패널의 스위치 소자와 일치하는 선택된 위치에서 제 2 투명 패널의 표면위에 제공된 복수의 광 차단막 및 색채 필터; 및 색채 필터와 상기 제 2 정위막사이에 제공된 공통 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
TN 모드의 정상 흰색 포멧 액정 디스플레이 장치에 있어서,

복수의 스위치 소자와 픽셀 전극이 접속되어 있으며, 매트릭스 형태로 정렬되고, 제 1 정위막으로 덮인 베이스 패널;

상기 픽셀 전극과 일치하는 복수의 색채 필터를 가지며, 제 2 정위막으로 덮인 후면 패널;

상기 베이스 패널과 상기 후면 패널사이의 액정층;

상기 베이스 패널의 외측위에 제공된 제 1 편광판; 및

상기 후면 패널의 외측위에 제공된 제 2 편광판;

꼬임각이 84°이상 90°이하이며, 상기 액정층의 굴절 인덱스 부등방성 Δn 과 두께 d 사이의 곱 Δn·d 은 0.35 μm 이상 0.38 μm 이하이며, 유전 상수 부등방성 Δε 은 6.2 이상이며, 한계 전압은 1.2 이하인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 제 1 정위막과 상기 제 2 정위막은 문질러진 폴리이미드막을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
제 4 항에 있어서, 상기 베이스 패널은,

제 1 투명 패널의 표면위에 제공된 복수의 평행 스캐닝선; 스캐닝 선을 교차하는 복수의 평행 신호선; 스캐닝선과 신호선사이의 교차 부분에 각각 제공되고 스캐닝선과 신호선에 각각 접속된 복수의 3 단자 스위치 소자; 및 신호선 및 스위치 소자와 상기 제 1 정위막사이에 제공된 절연 보호막을 포함하며,

상기 후면 패널은 상기 베이스 패널의 스위치 소자와 일치하는 선택된 위치에서 제 2 투명 패널의 표면위에 제공된 복수의 광 차단막 및 색채 필터와; 색채 필터와 상기 제 2 정위막사이에 제공된 공통 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.