KR19990045178A - 액정 표시 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

광시야각 대화면의 횡전계구동(IPS)형 액정 표시 패널에 적합하게 하기 위하여, 셀갭 유지 스페이서의 주변의 액정이 이상배향하므로써 발생하는 광누설을 방지하고, 배향 규제력에 기인하는 잔상의 발생을 방지하며, 양호한 셀표시품위를 실현하는 것을 과제로 하며, 이를 해결하기 위한 수단은 다음과 같다.
어레이 기판(1)은 TFT에 의한 능동 스위칭 소자를 매트릭스형으로 배치하고, 그 최상층에 배향막(17)을 형성하고 있다. CF 기판으로서의 대향기판(2)의 대향면에는, 차광막(20)과 적, 녹, 청의 색층(21,22,23)을 배치하고, 차광막(20) 이외의 부분의 색층을 표시화소부로 하며, 이들 최상층에 배향막(25)을 설치하고 있다. 표시 화소부에서의 셀갭(g)을 셀내 스페이서(30)의 직경보다 크게 형성하고, 차광막(20)의 대응하는 색층 부분(R1, G1, B1)에서의 셀갭은 셀내 스페이서(31)의 직경보다 적게 형성되어 있다. 이 색층부분의 셀갭은 셀내 스페이서(31)를 상대측 어레이 기판(1)의 TFT형성부와의 사이에서 가압 유지하고 있다. 즉, 대향기판(2)에서는, 돌출부의 색층부분(R1, G1, B1)과 오목부인 적녹청의 각 표시화소부(R2, G2, B2) 사이에서 단차형상으로 되어 있다. 그로 인하여, 스페이서 주변의 액정분자에 이상 배향을 발생시키지 않고, 광누설을 억지하여, 색층부분의 돌출부의 높이를 규정하므로써 IPS(횡전계 구동형) a-Si TFT 액정 패널 특유의 배향규제력에 기인하는 잔상의 발생을 억제한다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조방법
본 발명은, 액정표시 장치(LCD)에 관한 것으로, 특히 넓은 시야각(angle of visibility)을 갖는 액티브 매트릭스형 표시방식에 의한 대화면(大畵面) 칼라 LCD 장치에 관한 것이다.
본원은 그 내용이 본원에 포함되어 있는 일본 특허원 9-311782에 기초한 것이다.
일반적으로, 액정표시 장치에 있어서, 현재 가장 널리 사용되고 있는 액정셀 구동방식은, TN(twisted nematic)방식과 STN(super twisted nematic)방식에 의한 종전계(vertical eletric field)구동형이다. 그러나, 최근들어 횡(transverse)전계 구동형(IPS)에 의한 액정 셀 구동방식의 연구가 집중적으로 연구되어 왔다.
양호한 셀표시 품위를 실현하는 난이도에 대해 비교하면, 비(比)종전계 구동형과 횡전계 구동형의 경우에는, 패널 구조상, 후자의 횡전계 구동형 쪽이 압도적으로 어렵다. 특히 고품위화에 크게 영향을 끼치는 요인의 하나로, 셀갭(the gaps of cells)을 일정하게 유지하기 위한 스페이서가 있다.
스페이서는, 대향하는 한쌍의 기판의 셀갭을 일정하게 유지하는 구형 비즈(spherical beads)이다. 한쌍의 기판의, 예를 들면 한쪽이 예를들어 구동용 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터(TFT)를 이용한 TFT 어레이 기판(이하, 어레이 기판이라 함)이며, 다른쪽이 RGB(적녹청의 3색)의 색층(color layers)을 배치한 칼라 필터 기판(이하, 대향기판이라 함)으로 한다. 표시 패널을 조립할때, 이들 어레이 기판과 대향 기판은 점착 결합되어 대향면 사이에 셀을 형성할때, 스페이서를 개재시켜 셀 간의 간격을 일정하게 유지한다. 스페이서 비즈의 재질로는 디비닐벤젠을 이용한 수지와 같은 탄성 유기 재료가 사용되고 있다. 실리카계 등의 무기 재료도 일부는 사용되고 있지만, 감압시에 기포가 발생하는 문제가 있으므로, 스페이서의 주 재료로는 사용되지 않는다.
광누설(leakage of the light) 문제에 대해서, 종전계 구동형과 횡전계 구동형의 양 액정 표시 장치를 고찰하면, 스페이서가 미치는 주변의 광누설은, 횡전계 구동형 패널 쪽이 종전계 구동형 패널보다 더 많이 누설된다.
그 이유의 하나로서, 표시 작동에서의 노멀 구동 방식의 차이를 들수 있다. TN 방식이나 STN 방식에 의한 종전계 구동형 장치에서는 콘트라스트비를 우수한 것으로 하기에는, 노멀리 화이트 모드(normally-white mode)가 유리하다. 그에 대해, 횡전계 구동형의 경우, 우수한 콘트라스트비를 얻으려면 노멀리 블랙 모드(normally-black mode)가 유리하다. 따라서 후자의 횡전계 구동형의 액정표시 장치쪽이 셀전압의 무인가상태에서 스페이서 주변에서 광누설을 발생하기 쉽게 된다.
이유의 두번째로서 액정 구동 방향의 차이를 들수 있다. 즉, 종전계 구동형 장치에서는, 액정을 한쌍의 기판에 대해 수직하게 세워서 구동시키지만, 횡전계 구동형은 액정을 수평으로 비틀어 구동시키고 있다. 그 때문에, 전계의 방향에 의해 액정층의 깊이방향으로 액정의 배향방향에 차이가 발생하고, 횡전계에 의한 스페이서 주변의 액정분자의 이상(anomalous)배향에 의해 광누설이 야기된다.
또한, 이유의 세번째로 카이랄 결정(chiral crystal)의 존재를 들수 있다. TN 방식이나 STN 방식에 의한 종전계 구동형 장치에서는, 한쪽 기판의 배향막의 러빙(rubbing) 방향에 대하여, 다른쪽 대향 기판의 러빙 방향은 90。 또는 270。 로 러빙되어 있다. 이 때문에 액정중에, 일정방향으로의 트위스트 배향을 행하기 쉽게 하기 위한 카이랄 재료를 함유시키고 있다. 그런데, 횡전계 구동형 장치의 경우는, 한쌍의 기판에서 배향막의 러빙 방향이 상호 안티 패러렐(anti-parallel) 방향이므로, 액정배향이 호모지니어스이고, 카이랄 재료를 함유하고 있지 않다. 결과, 이 횡전계 구동형쪽이, 액정배열에 관하여 자유도가 높고, 스페이서 주변에 위치하는 액정분자가 이상 배향하기 쉬우며, 따라서 스페이서 주변의 광누설이 발생하기 쉬워진다.
즉, 스페이서 주변에 위치하는 액정 분자는, 셀에 외력이 가해졌을때 이상 배향이 현저해지지만, 이는 외력에 의해 구상(spherical) 스페이서 주변에 액정분자가 배향되기 때문이다.
그런데, 스페이서가 표시품위에 영향받아 저하하는 것을 방지하는 기술에, 예를 들어 특개평 8-62606 호 공보에 기재된 액정 표시 패널, 특개평 7-281195 호 공보에 기재된 액정 표시 장치 및 그 제조방법등이 있다.
상기 8-62606 호 공보의 도 5 에 있어서, 상호 간격을 두고 유색 투명한 CF(칼라 필터)색층(52)이 배치되고, 그 사이에 흑색의 차광층(53)을 설치하며, 차광층(53)의 표면에 스페이서(54)를 산포하고 있다. 색층(52)과 차광층(53)의 각 상면으로부터 대향 기판(56) 까지의 거리를 LC, LB 로 하고, 스페이서(54)의 직경을 D로 한 경우, 액정 패널의 치수 관계는 LC < D < LB 로 된다.
이 경우, 차광층(53)상에 위치하는 스페이서만이, 기판(51,56)사이에 지지된다. 이에 대하여, 색층(52)상에 위치하는 스페이서(54)는, 패널이 직립 자세의 상태로 된 경우 양 기판 사이에서 액정의 바닥을 향하여 하방으로 낙하하도록 되어 있다. 이것에 의해, 스페이서(54)가 표시화소(55)로부터 제거되어 이격되므로써, 스페이서(54)에 의한 액정의 이상 배향을 방지하고 표시 품위의 저하를 방지하도록 한 것이다.
이것을 수식을 가지고 해석해 본다. 액정 표시 패널의 표시 셀의 1 픽셀의 크기는, 통상 100 내지 300 ㎛ 정도이며, 액정층의 셀간 갭은 대략 3 내지 6 ㎛ 정도이다.
액정 표시 패널을 직립 자세로 세운 경우, 스크린 영역의 상단에 위치하는 스페이서가 기판에 맞닿지 않고 스크린의 외부영역으로 이탈하여 낙하한다. 이때의 패널의 직립각도 θ는
cosθ= 셀갭/셀 크기 = 6/100
이다. 여기서 θ=86.6。 가 구해진다. 즉, 이 직립 각도θ의 값은 스페이서를「점」으로 간주하여 산출하고 있다.
다음에, 100 ㎛ 의 액정층에서 구형 스페이서가 침강하는 속도는, 스토크스식(Stokes' Equation)으로부터, Rep < 2 를 조건으로 하여 구하면,
Vt=(ρp-ρf)gDp2/18μ
= 0.4 (㎛/sec)
이다. 여기서, 상기 식중, ρp 는 스페이서의 비중이고, 일반적으로 디비닐벤젠 또는 스티렌 수지와 같은 유기 재료로 만들어질때 1.1 내지 1.3 정도이다. ρf 는 액정의 비중이며, 일반적으로 1.0 내지 1.2 정도이다. μ 는 액정의 점도이며, 일반적으로는 15 내지 20 mm2/sec 정도이다.
여기서, ρp=1.3, ρf=1.0, Dp = 6 ㎛, μ=15 mm2/sec 로 한 경우, 상기 식과 같이, 스페이서의 침강속도; Vt 는 0.4 (㎛/sec) 로 된다. 즉, 100 ㎛ 를 침강하려면, 250 초의 시간을 요하게 된다. 이러한 침강속도는 그다지 실용적이라고 말하기 어렵다.
또한, 한편, 도6에 있어서, 후자의 특개평 7-281195호 공보의 기술은, 스페이서를 사용하지 않고 셀갭을 일정하게 유지하는 기술이 제안되어 있다.
이 경우, TN방식 액정 패널에 관한 것으로서, 셀갭 Ga 을 형성하기 위해, 어레이 기판(61)에, TFT(62)상에 형성한 블랙 매트릭스(63)에 제 1 돌기부를 형성하고 있다. CF 형성을 위해 대향 기판(65)에는, 적색층(66), 녹색층(67), 청색층(68)을 적층한 제 2 돌기부를 형성하고 있다. 제 1 돌기부와 제 2 돌기부의 높이는, 예를 들어 셀갭(Ga)의 절반으로 할수 있다. 그 때문에, 배향막(70,71)을 확실하게 러빙처리 할수 있고, TN 액정분자(72)를 정렬시키도록 하고 있다. 그 결과, 액정 패널에 스페이서가 불필요해지므로, 이상 배향과 광누설을 방지할수 있게 하고 있다.
이 공보기술에서는, 돌기부의 높이가 5 ㎛ 이상으로 되면, 돌기부에 의해 일부분이 감추어져 액정의 불규칙한 배향을 초래하므로 러빙 처리가 충분하게 이루어지지 않게 되며, 이 문제를 해소하기 위해, 돌기 높이를 3.8 ㎛ 이하로 하여 대응하고 있다.
그러나, 횡전계 구동형의 액정표시 장치의 경우, 이상과 같이, 액정분자를 소정방향으로 정렬시키는 것이 기술적으로 곤란하다는 문제 외에, 전혀 새롭게 현저히 중요한 요소로서, 액정분자를 소정 방향으로 구속하기 위한 구속력에 관한 것이 있다. 횡전계 구동형에 있어서는, 액정을 일정방향으로 속박하기도 하고 구속하는 힘(이하, 배향 규제력이라 함)이 약한 경우, 회화상(像) 등을 표시후, 다른 회화상을 표시하면, 전 회화상이 잔상으로서 잔류하게 된다. 즉, 배향 규제력의 강약에 의해 품질면에서 중대한 불합리함이 발생하기 쉽다.
이상과 같이, 횡전계 구동형의 액정 표시 패널은 종전계 구동형의 그것에 비해, 실용화에는 여러가지 어려운 문제가 산적해 있다. 그러나, 반면에, 횡전계 구동형은 시야각이 넓은 대화면의 액정표시 패널이 얻어진다는 커다란 이점이 있다.
그래서, 본 발명의 목적은, 횡전계 구동형의 액정 표시 장치에 있어서, 셀갭 유지 스페이서의 주변의 액정이 이상 배향하므로써 발생하는 광누설을 방지할수 있으며, 약한 배향규제력에 기인하는 잔상의 발생을 방지하여, 양호한 셀 표시 품위를 실현할수 있으며, 넓은 시야각의 대화면 실현에 적합한 액정 표시 장치및 그 제조방법을 제공하는 것에 있다.
도 1a 와 도 1b 는 본 발명에 의한 액정 표시 패널의 실시형태로서, IPS형 a-Si TFT 액정 패널의 실시형태로서, IPS형 a-Si TFT 액정 패널에서의 어레이 기판과 대향기판을 도시하는 평면도.
도 2a 와 도 2b 는 도 1a, 1b 의 A-A 선과 B-B 선으로부터의 단면에 대응하는 단면도.
도 3 은 본 실시형태에서의 셀갭과 광누설 스페이서 점유율의 상관 관계를 도시하는 그래프.
도 4 는 본 발명의 다른 실시형태에 있어서, 표시 셀에서의 돌기부 높이와 잔상 시간과 편광 이방성의 상관관계를 도시하는 그래프.
도 5 는 종래예로서 도시한 특개평 8-62606 호 공보 기재의 도면.
도 6 은 마찬가지로 종래예로서 도시한 특개평 7-281195 호 공보 기재의 도면.
★도면의 주요부분에 대한 부호의 설명★
1 어레이 기판 2 대향 기판
10 게이트 배선(전극) 11 공통 배선(전극)
12 소스 배선(전극) 13 드레인 배선(전극)
14 채널 15 층간절연막
16 패시베이션막 17 배향막
19 편광막 20 차광막
21 적색층 22 녹색층
23 청색층 24 오버코트막
25 배향막 26 편광판
30,31 스페이서 g 셀갭
R1 적색 모서리부 G1 녹색 모서리부
B1 청색 모서리부 R2 적색 표시 화소부
G2 녹색 표시 화소부 B2 청색 표시 화소부
본 발명에 따른 액정 표시 패널은,
스위칭 소자를 매트릭스형으로 배치하고 그 최상층에 배향막을 설치한 어레이 기판과,
차광막과 색층을 갖는 대향 기판으로서, 그 최상층에 배향막을 설치하고 이 기판에서 상기 차광막에 의해 덮이는 영역을 제외한 색층 영역이 표시 영역으로 되는 대향 기판과,
상기 어레이 기판과 대향 기판 사이에 형성되는 액정층을 포함하며,
상기 대향 기판의 표시 영역에서의 셀갭이 스페이서의 직경보다 크게 형성되고, 상기 차광막에 대응하는 색층 부분에서의 셀갭이 스페이서의 직경보다 적게 형성되며, 상기 작은 셀갭에서의 스페이서는 상기 어레이 기판과의 사이에서 가압 상태로 유지된다.
이러한 구조에서, 상기 색층은 표시 영역과 색층 사이에 셀갭이 형성되도록 상기 표시 영역 위에 형성된다.
또한, 상기 색층은 스트라이프(stripes) 형태로 형성되며, 대향 기판은 상기 표시 셀 부와 칼라필터부 사이에 단차가 형성되도록, 상기 칼라필터부 쪽이 표시 셀부 보다 높게 형성된다.
한편, 본 발명에 따른 액정 표시 패널의 제조방법은,
스위칭 소자를 매트릭스형으로 배치하고 스위칭 소자의 최상층에 배향막을 설치하여 어레이 기판을 형성하는 단계와,
차광막과 색층을 형성하고 색층부 상에 표시 셀부를 형성하며 표시 셀부상에 배향막을 형성하여 대향 기판을 형성하는 단계와,
상기 어레이 기판과 대향 기판 사이에 액정을 삽입하여 형성하는 단계를 포함하며,
상기 대향 기판상의 표시 셀부의 셀갭이 스페이서 직경보다 크고 차광막에 대응하는 색층의 셀갭이 스페이서 보다 작도록 단차가 형성되며, 상기 배향막의 편광 이방성을 규정하도록 높은 표시부와 낮은 색층부 사이에 높이 차이가 형성된다.
이상의 구성및 제조방법으로부터, 표시 셀부의 셀갭이 스페이서의 직경보다, 예를 들면 0.3 ㎛ 이상 크게 형성하고 있으므로, 스페이서 주변의 액정분자에 이상 배향이 발생하지 않고, 광누설을 억지할수 있다. 또한, 예를 들면 IPS (횡전계 구동형) a-SiTFT 액정 패널 특유의 배향 규제력에 기인하는 잔상의 발생도 없어진다.
발명의 실시형태
이하, 본 발명에 의한 액정 표시 패널에 대해서, 실시의 형태인 횡전계 구동형(IPS라 약칭함) 패널을 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
도 1a, 1b 는 소정의 간격으로 대향하는 한쌍의 유리 기판으로서, 도면 1a 는 스위칭 소자용의 액티브 매트릭스형 TFT 가 형성되는, 어레이 기판(1)의 확대 평면도이고, 도 1b 는 칼라 필터(CF)가 형성되는 대향 기판(2)의 확대 평면도를 도시하고 있다. 어레이 기판(1)은 필름면(film surface)측에서 본 평면도이고, 대향 기판(2)은 유리면측에서 본 평면도이다. 또한 도 2a, 2b 는 도 1a, 1b 에서의 A-A 선, B-B 선에서의 단면에 대응하는 도면이다.
횡전계 구동형의 액정 표시 패널의 TFT 소자로는 채널 굴입형 아몰파스 실리콘(a-Si) TFT 가 사용되고, 대향 기판(2) 으로는 색층이 스트라이프 형상으로 형성된 것을 사용하고 있다. 이것을 이하, 편의상 IPS 형 a-Si TFT 액정 패널이라 칭한다.
도1, 도2 에서, 본 실시예의 IPS형 a-Si TFT 액정 패널의 제조방법을 설명한다.
어레이 기판(1)에는, 0.7 mm 의 판두께를 갖는 무알칼리 유리 기판이 사용되고 있다. 이 어레이 기판(1)상에는, IPS형 TFT가 형성되어 있다. 이것을 유리측에서 본 구조는 순서대로 다음과 같다.
우선, 어레이 기판(1)의 측면에 금속 크롬 Cr 을 패터닝하여 게이트 전극(10)과 공통(common) 전극(11)을 형성한다. 이들 양 전극의 막두께는 공히 2000 Å 이며, 이들 상에 실리콘 질화막에 의한 층간절연막이 4000 Å 의 막두께로 형성되어 있다. 층간절연막상에는 아몰파스 실리콘(a-Si)에 의한 반도체 막을 4000 Å 의 막두께로 형성한다.
반도체 막 형성후, Cr을 스퍼터법에 의해 증착하여 소스 전극과 드레인 전극을 형성하고, 그후 반도체 막에 에칭을 행하여 채널(14)을 형성하여, a-Si TFT 를 형성한다.
또한, 실리콘 질화막에 의한 보호 절연막(패시베이션막)(16)을 2000 Å 의 막두께로 형성하여 어레이 기판(1)을 작성한다. 이 어레이 기판(1)의 최상층에는 배향막(17)이 500 Å 의 막두께로 형성된다.
한편, 대향기판(2)으로는 0.7 mm 의 판두께를 갖는 무 알칼리 유리가 사용되고, 이 대향기판(2)의 표면에는 알칼리계 수지에 카본을 분산한 차광막(20)이, 어레이 기판측의 게이트 전극(10)과 드레인 전극(13), 그리고 그 주변의 상대 위치에 0.6 ㎛ 의 막두께로 형성된다.
차광막(20)의 형성후, 색층을 차광막(20)과 표시 화소부(18)의 대응 영역을커버하도록 배치한다. 이들 색층은 적색(Red)층(21), 녹색(Green)층(22)및, 청색(Blue)층(23)의 3색을 배치한다. 사용한 색층은 안료분산형 아크릴계 수지로 형성된다. 3색의 각 색층 두께는, 적색층(21)이 1.4 ㎛, 녹색층(22)이 1.3 ㎛, 청색층(23)이 1.2 ㎛ 이다. 또한, 각 색층 상에 오버코트막(24)을 형성한다. 이 오버코트막(24)의 재질에는 투명한 아크릴을 사용하고, 1.0 ㎛ 의 막두께로 형성하였다. 또한, 이 오버코트막(24)상에 배향막(25)을 500 Å 로 형성하였다.
어레이 기판(1)과 대향 기판(2)에 형성하는 배향막(17,25)으로서는, 틸트 발현 성분(tilt generating components)을 폴리 이미드 주쇄(主鎖;main chain)에 부가한 주쇄형 폴리이미드 막이다. 또한, 이미드화(imidization)는 230。C 에서 2시간 동안 행하였다. 폴리이미드막을 배향시키기 위해 사용한 러빙 포(布;cloth)는 필라멘트 직경 2.5 데니르, 파일(pile) 직경 120 데니르, 파일 길이 1.85 mm 의 레이온계 스트링으로, 식모본(string)수 24000 본/cm2이다. 러빙 조건은, 롤 직경 150 mm 의 러빙 롤을 사용하고, 파일 압입량 0.5 mm, 롤 회전수 1000 rpm, 테이블 속도 10 mm/sec 이다. 또한, 어레이 기판과 대향 기판의 러빙 방향은 앤티 패러렐 방향 이도록 설정하였다.
다음으로, 어레이 기판(1)과 대향 기판(2)을 접착 결합하고, 양 기판 사이에 액정이 주입하여 봉지되고, 액정층(L)이 형성된다. 액정 형성에 사용된 액정은 카이랄 재료를 함유하지 않은 완전 불소형 네머틱 액정이다. 또한 어레이 기판과 대향 기판의 셀갭을 일정하게 유지하기 위하여, 디비닐벤젠계의 스페이서(30,31)를 설치하였다.
어레이 기판(1)과 대향 기판(2)의 셀 주위는 열경화형 시일재로 경화시켜 접착하고 있다. 시일재로는 에폭시계 시일재를 사용하였다. 시일소성시의 열경화조건은 170。C 에서 2시간이다. 시일 소성시의 패널에 대한 가압력은 500 g/cm2이다.
또한 어레이 기판(1)과 대향기판(2)의 각각 뒤쪽에는 편광판(19,26)을 배치하고 있다. 편광판의 패칭 배치 (patching disposition)방향은 노멀리 블랙 모드(normally-black mode)로 되도록 하고 있다.
한편, 이상과 같은 형성셀 내부에서의 막의 적층 높이는 다음과 같다. 우선, 어레이 기판(1)상에서는, 막두께 최대의 부분은 TFT 부분에서 1.4 ㎛ 이고, 공통 전극(11)과 드레인 전극(13)이 소재하는 부분에서 0.8 ㎛ 이다. 그러므로 TFT부의 막두께가 가장 큰 부분과, 표시 화소부의 막두께가 가장 큰 부분의 차이는 0.6 ㎛ 로 되도록 형성하고 있다.
다음으로, 대향기판(2)에서는, 차광막(20)과 적색층(21)의 중합 부분(이하, 적색 모서리부라 함)(R1)의 높이와, 적색표시 화소부(R)와의 높이 차이는 0.6 ㎛ 이다. 마찬가지로, 차광막(20)과 녹색층(22)의 중합 부분(이하, 녹색 모서리부라 함)(G1)의 높이와, 녹색표시부 화소(G2)의 높이의 차이도 0.6 ㎛ 이며, 차광막(20)과 청색층(23)의 중합 부분(이하, 청색 모서리부라 함)(B1)의 높이와, 청색표시 화소부(B2)의 높이의 차이(이하, 청색돌기부의 높이) 또한 0.6 ㎛ 로 되도록 각각 형성하고 있다.
또한, 적색 모서리부(R1), 녹색 모서리부(G1), 청색 모서리부(B1)의 각 높이의 차이는, 적색 모서리부(R1)가 가장 높고, 다음으로 녹색 모서리부(G1), 청색 모서리부(B1)의 순서이다. 높이의 차이가 각각 0.1 ㎛ 로 되도록 형성하고 있다.
본 실시 형태에서는, 스페이서 직경을 5.5 ㎛ 로 하고, 스페이서 산포량을 150 내지 300 개(pieces)/cm2까지 변화시키므로써, 셀갭(g)을 변화시켰다. 평가에 대해서는, 완성한 액정 표시 셀의 중앙과 4개소의 합계 5 개소에 대해서, 고무제 해머를 사용하여 2.55 kg 의 힘으로 각각 20 회 태핑한 후, 스페이서 주변의 액정의 광누설(이상 배향)의 발생률을 현미경 관찰에 의한 확인으로 행하였다. 관찰 위치는, 각각의 색마다 셀 전면으로 하고, 패널의 전체 면적은 각 색 마다 300 개의 스페이서로 관측하였다. 셀갭의 측정은 He-Ne 레이저를 사용하였으며, 비임 직경은 50 ㎛ 이다. 갭 측정은 세나르몬법(Senarmont method)으로 행하였다.
도 3 에 도시하듯이, 각각의 색층에서의 광누설 발생률은, 셀갭(g)이 5.8 ㎛ 이상, 즉 스페이서 직경보다 0.3 ㎛ 이상 커졌을때, 급격하게 감소하는 것을 알수 있다.
그 이유로서, 대향 기판(2)의 색층 모서리부, 즉 차광막에 대응하는 위치의 스페이서(31)는 압축변형 상태로 유지되지만, 적색 표시 화소부(R2)에 위치하는 스페이서(30)의 직경은 셀갭(g) 보다 작으므로, 패널에 외력이 가해질때, 패널내를 자유로이 이동할수 있기 때문이다. 따라서, 스페이서 주변의 액정 분자가 (광 누설을 야기하는) 이상 배향하지 않기 때문이다.
한편, 도 4 는, 본 발명의 제 2 실시 형태를 도시하고 있다. 셀 구성및 사용 재료 외에는 상기 제 1 실시형태와 거의 동일하지만, 차광막의 막두께를 0.6 내지 4.0 ㎛ 까지 변화시켜 돌기부 높이를 변화시킨 점이 상위하다.
즉, 셀갭은 적색 표시 셀(R2) 기준으로 전체 수준을 6.0 ㎛ 으로 하였다. 셀갭(g)의 제어는, 패널내 스페이서 산포량과 시일링 도중에 패널에 가해지는 가압력을 조정하여 행하였다.
도 4 는, 돌기부 높이와 잔상 시간과 편광 이방성의 상관 관계를 도시하는 그래프이다. 잔상 시간의 측정은, 액정 표시 패널의 셀을 10 mm 간격의 흑백 스트라이프 화면에서 30 초간 표시하고, 그후 전흑(all black) 화면으로 교체되고, 흑백(black and white) 패턴이 잔류하는 시간을 눈으로 보아 확인하였다.
편광 이방성의 측정은, 회전 위상자법(rotary phase-shift method)(특개평8-49320호 공보 참조)을 채용하고, 측정은 엘립소메트리(ellipsometry)를 사용하여, 러빙 처리에서 러빙되지 않고 그림자로 되는 부위에서 적색 표시 화소부(R2)에 대하여 행하였다. 광원은, He-Ne 레이저, 입사각도는 50。, 스폿 직경은 30 ㎛ 이다. 또한, 측정 빈도는 360。 동안 스테이지를 5。 씩 회전시킨 72 포인트였다. 도4에 도시한 편광 이방성은, 반사광의 위상차 성분의 최대치와 최소치의 차이다.
돌기부 높이는, 3.3 ㎛ 이하, 편광이방성은 0.9 이상 이라면 잔상은 3초 이하로 되어 문제는 없고, 충분한 배향 규제력이 얻어지는 것이 이해된다.
또한, 색층 돌기부의 높이를 0.6 내지 4.0 ㎛ 까지 변화시키지만, 러빙 처리에서 돌기부의 그림자로 되는 부위의 액정 분자가 매 돌기 높이 측정시마다 소정 방향으로 배열되는 현상이 확인되었다.
한편, 제 2 실시형태의 경우와 동일 조건에서, 배향막 종류만을 변경하여 실험을 행하였다. 사용한 배향막 종류는 틸트 발현 성분이 측쇄(side chain)에 가해지는 측쇄형 폴리이미드이다.
실험 결과, 돌기의 높이는 3.3 ㎛ 이하여야 하며, 편광 이방성은 잔상을 3초 이하로 억제하려면 1.0 이상이어야 하는 것으로 나타났다. 또한, 이 실험에서는, 색층 돌기부에 의해 그림자로 되는 부위의 액정 분자가 소정 방향으로 배열될수 없게 되는 현상이 돌기의 전체 높이에서 확인되었다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 패널은 IPS형(횡전계 구동형)a-SiTFT 액정 패널에 적합하며, 표시 화소부에서의 셀갭이 셀내 스페이서의 직경보다 예를 들어 0.3 ㎛ 이상 크게 형성되어 있으므로, 스페이서 주변의 액정 분자에 이상 배향이 발생하지 않고, 광누설을 억지할수 있다. 또한, 색층부분의 돌출부의 높이를 규정하므로써, IPS형 a-Si TFT 액정 패널 특유의 배향 규제력에 기인하는 잔상의 발생도 없어진다. 그로 인하여, 광시야각 대화면의 고품위 액정 표시 패널을 얻을수 있다.

Claims (11)

  1. 스위칭 소자를 매트릭스형으로 배치하고 그 최상층에 배향막을 설치한 어레이 기판과,
    차광막과 색층을 갖는 대향 기판으로서, 그 최상층에 배향막을 설치하고 이 기판에서 상기 차광막에 의해 덮이는 영역을 제외한 색층 영역이 표시 영역으로 되는 대향 기판과,
    상기 어레이 기판과 대향 기판 사이에 형성되는 액정층을 포함하는 액정 표시 패널로서,
    상기 대향 기판의 표시 영역에서의 셀갭이 스페이서의 직경보다 크게 형성되고, 상기 차광막에 대응하는 색층 부분에서의 셀갭이 스페이서의 직경보다 적게 형성되며, 상기 작은 셀갭에서의 스페이서는 상기 어레이 기판과의 사이에서 가압 상태로 유지되는 액정 표시 패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 색층은 표시 영역과 색층 사이에 셀 갭이 형성되도록 표시 영역보다 높이가 높은 액정 표시 패널.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 색층 영역은 스트라이프 형상으로 형성되어 있는 액정 표시 패널.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 배향막의 편광 이방성이 소요치로 되도록 상기 색층부분의 돌출부 높이가 설정되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 패널.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 스페이서는 표시 영역의 셀갭에서 자유롭게 이동할수 있는 액정 표시 패널.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 액정 패널은 액정분자를 일정방향으로 속박하는 속박력(배향 규제력)을 부여하므로써 액정분자의 이상배향을 억제하고 광누설을 방지할수 있게 구성되어 있는 액정 표시 패널.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 어레이 기판은 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터(TFT)를 액티브 매트릭스형 표시방식으로 배치한 TFT기판인 액정 표시 패널.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 어레이 기판에 형성된 층의 최상측면에 TFT 부가 형성되며, 이 TFT형성부와 상기 대향기판의 색층의 오목부 사이의 셀 갭은 상기 셀내 스페이서의 직경보다 적게 되어 있는 액정 표시 패널.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정 표시 패널은 대각 14.1 인치 이상의 대형 화면이 얻어지는 액정 표시 패널.
  10. 제 9 항에 있어서,
    횡전계 구동형(IPS) 으로 구동될수 있는 액정 표시 패널.
  11. 그 하나는 매트릭스 형으로 배치된 스위칭 소자와 최상층상에 코팅되는 배향막을 갖는 어레이 기판이고 다른 하나는 차광막에 의해 덮이는 영역을 제외하고 색층으로 코팅되는 표시 화소부를 갖는 칼라필터로서의 대향 기판인 두 개의 기판 사이에 삽입되는 액정 층과, 이들 층중 최상층에 코팅되는 배향막을 포함하는 액정 표시 패널의 제조 방법으로서,
    상기 대향 기판상에서, 표시 화소부의 셀갭은 셀에 삽입된 스페이서보다 크게 형성되며, 차광층을 갖는 색층 영역에서의 셀갭은 단차 형태로 형성되도록 스페이서보다 작게 형성되고, 높은 표시 화소부와 낮은 표시 화소부 사이의 높이 차이는 배향막의 편광 이방성이 소정치로 되도록 결정되는 액정 표시 패널 제조 방법.
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