KR20000028957A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 제1 전극과, 상기 제1 전극 상에 형성되고 구동 전압을 인가하지 않을 때에 액정 분자를 막면에 수직인 방향으로 배향하는 제1 배향막을 갖는 제1 기판과; 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극과, 상기 제2 전극 상에 형성되고 상기 구동 전압을 인가하지 않을 때에 액정 분자를 막면에 수직 방향으로 배향하는 제2 배향막을 갖는 제2 기판과; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 봉입된 부의 유전율 이방성을 지닌 액정층을 구비한 액정 표시 장치로서, 상기 제1 전극과 상기 제1 배향막 사이 및/또는 상기 제2 전극과 상기 제2 배향막 사이에, 상기 구동 전압을 인가했을 때의 액정 분자의 경사 방향을 규제하는 돌기물을 갖고, 상기 제1 배향막 및/또는 상기 제2 배향막은 상기 돌기물이 형성된 영역의 수직 배향 규제력이 상기 돌기물이 형성되어 있지 않은 영역의 수직 배향 규제력보다도 약하게 된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND METHOD FOR FABRICATING THE SAME}
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 기판 표면에 형성한 뚝형상 돌기물을 이용해 전압 인가시의 액정 분자의 경사 방향을 제어하는 수직 배향(호메오트로픽 배향) 형의 액정 표시 장치에 관한 것이다.
종래로부터, 액티브 메트릭스를 이용한 액정 표시 장치(LCD: Liquid Crystal Display)로는 정(正)의 유전율 이방성을 지닌 액정 재료를 기판면에 수평하게, 또한, 대향하는 기판간에서 90도 트위스트하도록 배향시킨 TN(Twisted Nematic) 모드의 액정 표시 장치가 널리 이용되고 있다. 그러나 TN 모드의 액정 표시 장치는 시각 특성이 나쁜 큰 문제를 갖고 있어서, 시각 특성을 개선하도록 여러가지 검토가 이루어지고 있다.
본원 발명자 등은 이러한 관점에서 예의 검토를 하여, TN 모드에 대체하는 방식으로서 부의 유전율 이방성을 지닌 액정 재료를 수직 배향시키고, 또한, 기판 표면에 형성한 구조물, 예를 들면 뚝형상 돌기물에 의해 전압 인가시의 액정 분자 경사 방향을 규제하는 MVA(Multi-domain Vertical Alignment) 방식의 액정 표시 장치를 제안하여, 시각 특성의 대폭적인 개선에 성공하고 있다(예를 들면, 동일 출원인에 의한 특원평9-361384호 명세서를 참조).
상기 MVA 방식의 액정 표시 장치는 도42a에 나타내는 바와 같이, 부의 유전율 이방성을 지닌 액정 재료를 수직 배향시키는 VA(Vertically Alignment) 모드의 액정 표시 장치에 있어, 기판 상에 광투과성 수지(예를 들면 레지스트 등)으로 된 뚝형상 돌기물을 형성하고, 전압 인가시의 액정 분자가 비스듬하게 배향되는 방향이 1화소 내에서 복수의 방향이 되도록 규제하여, 시각 특성의 개선을 도모하는 것이다.
그러나 상기 종래의 MVA 방식을 이용한 액정 표시 장치에서는 표시 화소 영역 내에 돌기를 형성하기 때문에, 그 원리상 불가피하게 개구율이 저하하여, TN 모드와 비교하면 명상태의 투과율은 낮게 되어 있었다.
즉 MVA 방식에서는 돌기를 형성함으로써 돌기 형성 영역의 액정 분자에 인가되는 전압이 저하되기 때문에, 도42b에 나타내는 바와 같이, 돌기 정점부의 액정 분자는 경사하지 않고, 그 결과, 돌기상의 모든 액정 분자가 경사하기 어려워진다. 또 돌기상의 액정 분자가 전압 인가시에 경사할 경우, 그 방향은 돌기와 수직 방향, 즉 간극부의 액정 분자의 경사 방향과 거의 일치한다. 그 때문에, 액정 패널을 통과하는 광의 투과율 곡선은 도42c에 나타내는 바와 같이 되어, 돌기 면적분만큼 개구율이 저하하고 있었다.
또 배향 제어의 발현의 메카니즘에 대해서는 여러 가지 설이 있지만, 일반적으로는 전압 인가시에 뚝형상 돌기물에 의해 액정층의 등전위면이 왜곡되어 뚝형상 돌기물의 양 에지부에서 액정이 비스듬히 역방향으로 배향하기 때문이라고 생각되고 있다(도43a 참조). 한편, 양 에지부의 배향 규제력이 동일한 경우, 뚝형상 돌기물 상의 액정 배향은 양 에지부와 방위각이 90도 또는 180도 다른 방향, 즉 뚝형상 돌기물이 연재하는 방향과 평행인 방향으로 경도하여 안정된다.
광투과성 수지의 막 두께, 즉 뚝형상 돌기물의 높이를 높여 가면, 백상태의 투과율은 상승하지만 흑상태에서 누설광이 발생하기 때문에, 콘트래스트가 저하한다. MVA 방식의 액정 표시 장치는 당초에는 모니터용으로 개발되었기 때문에 콘트래스트를 우선하여 뚝형상 돌기물의 높이를 설정하고 있었다.
MVA 방식의 액정 표시 장치에서는 뚝형상 돌기물과 같은 배향 제어 구조물을 표시부에 형성하고, 또 구조물 에지에서는 액정 배향이 소정의 방향에 대해 비스듬해지고 있기 때문에, TN패널에 비해 백상태의 투과율이 낮아진다. 즉 상기 종래의 액정 표시 장치에서는 뚝형상 돌기물의 높이는 콘트래스트를 우선해 설정되어 있기 때문에, 투과율의 면에서 최적화 되어 있지 않아서, 배향 교란의 발생에 의해 투과율이 저하하고 있었다. 구체적으로는 MVA 방식의 액정 표시 장치에 뚝형상 돌기물 상의 액정 배향을 관찰하였던 바, 액정이 역방향(90도와 180도)으로 경도하여, 잘록한 도메인(역틸트 도메인)이 발생하고 있고, 그곳을 기점으로 뚝의 밖까지 배향 교란이 발생하고 있어(도43b 참조), 이러한 액정 배향의 교란이 투과율의 저하를 가져오고 있었다.
패널의 저전력화나 노트 컴퓨터에 대한 탑재를 고려할 경우, MVA 방식의 휘도 개선은 큰 과제이고, 뚝형상 돌기물의 위 및 에지부의 투과율의 저하를 최저한으로 억제함과 동시에, 간극부의 액정분자가 전압 인가시에 경사하기 쉽도록 하는 것이 요망 되고 있다.
본 발명의 목적은 MVA 방식의 액정 표시 장치의 휘도를 개선하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것에 있다.
도1은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 구조를 나타내는 평면도.
도2는 본 발명의 제1 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 구조를 나타내는 개략 단면도.
도3은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 액정 표시 장치 및 그 제조 방법의 원리의 설명도.
도4는 본 발명의 제1 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 액정 분자의 경사의 모양을 나타내는 도면 및 광투과율을 나타내는 그래프.
도5는 뚝형상 돌기물 상의 수직 배향 규제력을 뚝형상 돌기물 간극부의 수직 배향 규제력보다도 약하게 한 경우와 하지 않은 경우의 투과광의 상태를 나타내는 사진을 모사한 도면.
도6은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도(그 1).
도7은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도(그 2).
도8은 본 발명의 제1 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도(그 3).
도9는 뚝형상 돌기물 상의 배향막의 막 두께를 얇게 한 시료의 단면 형상을 나타내는 TEM상을 모사한 도면.
도10은 배향막이 형성되어 있지 않은 미세한 영역을 뚝형상 돌기물 상에 형성한 시료의 단면 형상을 나타내는 TEM상을 모사한 도면.
도11은 뚝형상 돌기물의 표면 장력을 변화시킨 경우의 투과광의 상태를 나타내는 사진을 모사한 도면.
도12는 애싱 처리에 의한 뚝형상 돌기물의 표면 장력의 변화를 나타내는 그래프.
도13은 배향막의 프리베이크 온도를 변화시킨 경우의 투과광의 상태를 나타내는 사진을 모사한 도면.
도14는 세정을 한 경우와 하지 않은 경우의 화소 전체의 광투과율의 변화를 나타내는 그래프.
도15는 세정을 한 경우와 하지 않은 경우의 뚝형상 돌기물 간극부 및 뚝형상 돌기물부의 광투과율의 변화를 나타내는 그래프.
도16은 액정 분자의 틸트각과 인가 전압의 관계를 나타내는 그래프.
도17은 본 발명의 제2 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 구조를 나타내는 부분 단면도 및 회로도.
도18은 본 발명의 제3 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 구조를 나타내는 부분 단면도 및 회로도.
도19는 배향막의 도포막 두께와 스피너의 회전수의 관계를 나타내는 그래프.
도20은 본 발명의 제4 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 구조를 나타내는 부분 단면도.
도21은 수직 배향능의 변화에 수반하는 액정 임계치 전압의 변화를 나타내는 그래프.
도22는 본 발명의 제5 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 구조를 나타내는 부분 단면도 및 회로도.
도23은 ITO막의 저항치와 성막시의 산소 분압의 관계를 나타내는 그래프.
도24는 제5 실시형태의 변형례에 의한 액정 표시 장치의 구조를 나타내는 부분 단면도.
도25는 실시예5의 평가 패널의 투과율과 인가 전압의 관계를 나타내는 그래프.
도26은 실시예5의 평가 패널에 대해서 배향 관찰을 한 결과를 나타내는 도면.
도27은 실시예6의 평가 패널의 투과율과 인가 전압의 관계를 나타내는 그래프.
도28은 실시예7의 평가 패널의 투과율과 인가 전압의 관계를 나타내는 그래프.
도29는 실시예8의 평가 패널의 투과율과 인가 전압의 관계를 나타내는 그래프.
도30은 실시예9의 평가 패널의 투과율과 인가 전압의 관계를 나타내는 그래프.
도31은 MVA형 액정 표시 장치의 평면도.
도32는 MVA형 액정 표시 장치의 TFT 부분의 단면도.
도33은 MVA형 액정 표시 장치의 화소 전극 부분의 단면도.
도34는 MVA형 액정 표시 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 액정 셀의 단면도.
도35는 종래예 및 실시예의 MVA형 액정 표시 장치의 투과율의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
도36은 비교예 및 실시예에 의한 액정 표시 장치의 돌기물의 단면도.
도37은 액정 분자의 경사 방향 및 휘도 분포를 설명하기 위한 화소의 부분 평면도.
도38은 아크릴 수지 및 레지스트 수지의 투과율을 나타내는 그래프.
도39는 돌기물과 액정 재료의 굴절률차에 의한 투과율에 대한 영향을 설명하기 위한 액정 셀의 단면도.
도40은 스페이서 돌기물을 이용한 액정 셀의 평면도 및 단면도.
도41은 주변 돌기부의 배치를 설명하기 위한 TFT 기판의 개략 평면도.
도42는 종래의 액정 표시 장치의 구조 및 동작의 설명도.
도43은 종래의 액정 표시 장치의 과제 설명도.
상기 목적은 제1 전극과, 상기 제1 전극 상에 형성되고 구동 전압을 인가하지 않을 때에 액정 분자를 막면에 수직인 방향으로 배향하는 제1 배향막을 갖는 제1 기판과; 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극과, 상기 제2 전극 상에 형성되고 상기 구동 전압을 인가하지 않을 때에 액정 분자를 막면에 수직 방향으로 배향하는 제2 배향막을 갖는 제2 기판과; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 봉입된 부의 유전율 이방성을 지닌 액정층을 구비한 액정 표시 장치로서, 상기 제1 전극과 상기 제1 배향막 사이 및/또는 상기 제2 전극과 상기 제2 배향막 사이에, 상기 구동 전압을 인가했을 때의 액정 분자의 경사 방향을 규제하는 돌기물을 갖고, 상기 제1 배향막 및/또는 상기 제2 배향막은 상기 돌기물이 형성된 영역의 수직 배향 규제력이 상기 돌기물이 형성되어 있지 않은 영역의 수직 배향 규제력보다도 약하게 된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치에 의해 달성된다.
[제1 실시형태]
본 발명의 제1 실시형태에 의한 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 대해서 도1 내지 도13을 이용해 설명한다.
먼저, 본 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 구조에 대해서 도1 내지 도5를 이용해 설명한다. 도1은 본 실시형태에 의한 액정 표시 장치에 있어서의 화소부의 평면도, 도2는 도1의 A-A선 단면도, 도3은 본 발명의 원리를 설명하는 도면, 도4는 본 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 액정 분자의 경사의 모양을 나타내는 도면 및 광투과율을 나타내는 그래프, 도5는 뚝형상 돌기물 상의 배향 규제력을 간극부의 배향 규제력보다도 약하게 한 경우와 하지 않은 경우의 투과광의 상태를 나타내는 도면이다.
도1 및 도2에 나타내는 바와 같이, 유리 기판(10) 상에는 보조 용량을 형성하기 위한 CS전극(12)과, TFT의 게이트 전극을 포함하는 게이트 버스 라인(14)이 형성되어 있다. CS전극(12) 및 게이트 버스 라인(14)이 형성된 유리 기판(10) 상에는 게이트 절연막(16)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(16) 상에는 TFT의 채널 영역을 구성하는 활성층(18)이 형성되어 있다. 활성층(18)이 형성된 게이트 절연막(16) 상에는 활성층(18)의 한 쪽 옆에 접속된 소스 전극(20)과, 활성층(18)의 다른 쪽 옆에 접속된 드레인 전극을 포함하는 드레인 버스 라인(22)이 형성되어 있다. 소스 전극(20) 및 드레인 버스 라인(22)이 형성된 게이트 절연막(16) 상에는 절연막(24)이 형성되어 있다. 절연막(24) 상에는 소스 전극(20)에 접속된 화소 전극(26)이 형성되어 있다. 절연막(24) 상 및 화소 전극(26) 상에는 지그재그 형상으로 굴곡해 형성된 광투과성 재료로 된 뚝형상 돌기물(28)이 형성되어 있다. 화소 전극(26), 뚝형상 돌기물(28)이 형성된 절연막(24) 상에는 액정 분자를 수직 방향으로 배향하는 배향막(30)이 형성되어 있다.
한편, 유리 기판(40) 상에는 블랙 매트릭스층(42)이 형성되어 있다. 블랙 매트릭스층(42)이 형성된 유리 기판(40) 상에는, 컬러 필터를 형성하는 착색(CF) 수지층(46)이 형성되어 있다. 착색 수지층(46) 상에는 공통 전극(48)이 형성되어 있다. 공통 전극(48) 상에는 기판(10) 상에 형성된 뚝형상 돌기물(28)에 대해 반 피치 비켜서 지그재그 형상으로 굴곡해 형성된 광투과성의 재료로 된 뚝형상 돌기물(50)이 형성되어 있다. 뚝형상 돌기물(50)이 형성된 공통 전극 상에는 액정 분자를 수직 방향으로 배향하는 배향막(52)이 형성되어 있다. 또한, 실시형태에 있어서는 액정의 배향 방향을 규제하는 돌기를 "뚝형상 돌기물"로 표현하지만, 본원 명세서에서, 돌기물이란 뚝형상 돌기물, 선상 돌기물, 그 외의 돌기물을 포함하는 용어로서 사용한다.
이와 같이 구성된 유리 기판(10)(TFT 기판) 및 유리 기판(40)(CF 기판), 배향막(30, 52)이 서로 마주보도록 대향해 배치되고, 이들 기판 사이에는 유전율 이방성이 부인 네가형의 액정 재료(60)가 봉지된다. 이렇게 해서, 본 실시형태에 의한 액정 표시 장치가 구성되어 있다.
여기서 본 실시형태에 의한 액정 표시 장치는 액정 재료에 접하는 면에 형성된 배향막(30, 52)에 주된 특징이 있다. 즉 도3에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에 의한 액정 표시 장치는 뚝형상 돌기물(28)(또는 뚝형상 돌기물(50))이 형성된 영역의 배향막(30)(또는 배향막(52))의 수직 배향 규제력이 다른 영역의 배향막(30)의 수직 배향 규제력보다도 약하게 되어 있는 것에 특징이 있다.
이와 같이 뚝형상 돌기물(28, 50) 상의 배향막(30, 52)의 수직 배향 규제력을 약하게 함으로써, 뚝형상 돌기물(28, 50)의 정점부의 액정 분자도 전압 인가시에 경사하게 되고, 뚝형상 돌기물 상에 있어서도 광이 투과되게 된다. 따라서 화소부의 개구율을 향상할 수 있다.
또한 뚝형상 돌기물부에서는 액정 분자는 뚝형상 돌기물의 주사 방향, 즉 간극부와 수직 방향으로 경사하기 때문에, 뚝형상 돌기물의 에지 근방에서는 탄성적으로 스프레이 상태가 되어 디스크리미네이션 라인(discrimination line) 같은 좁은 광을 투과하지 않는 영역이 발생한다(도4a 참조). 그러나 뚝형상 돌기물 형성 영역의 중앙 근방에서는 광이 투과하는 영역이 발생하기 때문에, 도16c에 나타내는 종래의 액정 표시 장치의 경우와 비교하면, 화소부 전체에서는 휘도 특성을 대폭적으로 개선할 수 있다(도4b 참조).
도5a는 뚝형상 돌기물 상의 배향 규제력과 간극부의 배향 규제력이 거의 동일한 경우의 투과광의 상태를 나타내는 도면, 도5b는 뚝형상 돌기물 상의 배향 규제력이 간극부의 배향 규제력보다도 약한 경우의 투과광의 상태를 나타내는 도면이다. 도시하는 바와 같이, 뚝형상 돌기물 상의 배향 규제력을 약하게 한 도5b에서는, 뚝형상 돌기물이 형성된 영역에 있어서도 광이 투과하고 있고, 도5a와 비교해 휘도가 향상되어 있는 것을 알 수 있다(후술의 실시예1 및 비교예1을 참조).
다음에 본 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 제조 방법에 대해서 도6 내지 도13을 이용해 설명한다. 도6 내지 도8은 본 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 공정 단면도, 도9는 뚝형상 돌기물 상의 배향막의 막 두께를 얇게 한 시료의 단면 형상을 나타내는 TEM상, 도10은 뚝형상 돌기물 상에 배향막이 형성되어 있지 않은 미세한 영역을 형성한 시료의 단면 형상을 나타내는 TEM상, 도11은 뚝형상 돌기물의 표면 장력을 변화시킨 경우의 투과광의 상태를 나타내는 도면, 도12는 애싱 처리에 의한 표면 장력의 변화를 나타내는 그래프, 도13은 배향막의 프리베이크의 온도를 변화시킨 경우의 광투과율의 변화를 나타내는 도면이다.
먼저 유리 기판(10) 상에 금속막을 퇴적해 패터닝하고, CS전극(12) 및 게이트 전극을 포함하는 게이트 버스 라인(14)을 형성한다.
이어서, CS전극(12) 및 게이트 버스 라인(14)이 형성된 유리 기판(10) 상에, 게이트 절연막(16)이 되는 절연막을 형성한다(도6a).
이어서 게이트 절연막(16) 상에 비정질 실리콘층이나 폴리실리콘층 등의 반도체층을 퇴적해 패터닝하고, 반도체층으로 된 활성층(18)을 형성한다.
이어서 활성층(18)이 형성된 게이트 절연막(16) 상에 금속막을 퇴적해 패터닝하고, 활성층(18)의 한 쪽 옆에 접속된 소스 전극(20)과, 활성층(18)의 다른 쪽 옆에 접속된 드레인 전극을 포함하는 드레인 버스 라인(22)을 형성한다(도6b).
이어서 전면에 절연막을 퇴적해 패터닝하고, 소스 전극 상에 개구 부가 형성된 절연막(24)을 형성한다.
이어서 전면에 ITO막 등의 투명 전극 재료를 퇴적해 패터닝하고, 개구 부를 통하여 소스 전극(20)에 접속된 화소 전극(26)을 형성한다(도6c).
이어서, 절연막(24) 상 및 화소 전극(26) 상에, 뚝형상 돌기물(28)을 형성한다(도7a). 뚝형상 돌기물(28)로는 예를 들면 통상의 리소그래피 기술을 이용해 패터닝한 레지스트막을 적용할 수 있다. 뚝형상 돌기물의 재료로서 감광성 수지를 이용하는 경우, 다소 물드는 일은 있어도 광을 투과시키는 것을 선택할 수 있다. 그러한 재료를 사용하여, 뚝형상 돌기물 상의 액정 분자를 경사하기 쉬운 상태로 하여 두고, 전압 인가시에 광을 투과시키는 방향으로 경사시키면, 투과율의 로스를 최저한으로 억제할 수 있다. 감광성 수지의 재료로는 예를 들어, 시플레이 주식회사제의 LC-200, S1801을 적용할 수 있다. 또한 뚝형상 돌기물(28)의 파라미터(뚝형상 돌기물 형상, 높이, 폭, 간격 등)는 액정 표시 장치의 휘도에 영향을 주는 중요한 파라미터이므로, 이들 파라미터는 레지스트 재료나 전체의 디바이스 파라미터 등에 따라서 적절히 설정하는 것이 바람직하다.
이어서 전면에 액정분자를 수직 방향으로 배향하는 배향막(30)을 형성한다. 이러한 배향막으로는 예를 들면, JSR 주식회사제의 JALS-2008-R2, JALS-684, JALS-684-R3, JALS-2016-R2 등을 사용할 수 있다. 또한 배향막(30), 뚝형상 돌기물(28)이 형성된 영역의 수직 배향 규제력을 다른 영역의 수직 배향 규제력보다도 약해지도록 형성하지만, 이것에 대해서는 후술한다.
이렇게 해서, TFT 기판을 형성한다(도7b)
한편, 컬러 필터(CF)를 갖는 CF 기판의 형성은 먼저 유리 기판(40) 상에, 금속막을 퇴적해 패터닝하고, 차광용의 블랙 매트릭스층(42)을 형성한다.
이어서 블랙 매트릭스층(42)이 형성된 유리 기판(40) 상의 소정의 영역에, 소정의 색의 CF수지층(46)을 형성한다(도8a).
이어서 CF수지층(46) 및 블랙 매트릭스층(42)이 형성된 유리 기판(40) 상에 ITO막을 퇴적해 패터닝하고, 공통 전극(48)을 형성한다. 이어서 공통 전극(48) 상에, 기판(10) 상에 형성한 뚝형상 돌기물(28)과 같은 형성 방법으로 뚝형상 돌기물(50)을 형성한다. 뚝형상 돌기물(50)은 예를 들면 도1에 나타내는 바와 같이 뚝형상 돌기물(28)에 대해 반 피치 비켜서 지그재그 형상으로 굴곡한 패턴으로 한다(도8b).
이어서 뚝형상 돌기물(50)이 형성된 공통 전극(48) 상에, 기판(10) 상에 형성한 배향막(30)과 같은 형성 방법에 의해, 뚝형상 돌기물(50)이 형성된 영역의 수직 배향 규제력이 다른 영역의 수직 배향 규제력보다도 약한 배향막(52)을 형성한다.
이렇게 해서, CF 기판을 형성한다(도8c).
그 후, 액정 재료를 봉지한 상태에서 TFT 기판과 CF 기판을 붙여 맞추고, 액정 표시 장치를 완성한다.
여기서 본 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 제조 방법은 뚝형상 돌기물(28, 50) 상의 배향막(30, 52)의 수직 배향 규제력을 선택적으로 약하게 하기 위한 처리를 하는 것에 주된 특징이 있다. 배향막(30, 52)의 수직 배향 규제력을 선택적으로 약하게 하는 방법으로는 예를 들면 이하에 나타내는 3개의 방법이 고려된다.
제1 방법은 뚝형상 돌기물(28, 50) 상의 배향막(30, 52)의 두께를 뚝형상 돌기물 간극부보다도 얇게 하는 방법이다. 배향막은 그 막 두께가 수nm 정도 또는 그것 이하이어도 수직 배향성을 나타내지만, 이 때의 수직 배향 규제력은 막 두께가 두꺼운 경우와 비교해 약하게 된다는 특징을 갖고 있다. 따라서 이와 같이 배향막(30, 52)을 형성함으로써, 뚝형상 돌기물(28, 50) 상의 배향막(30, 52)의 수직 규제력을 선택적으로 약하게 할 수 있다.
일반적으로, 뚝형상 돌기물이 있는 기판 상에 막형성을 하는 경우, 뚝형상 돌기물부에서는 뚝형상 돌기물이 형성되어 있지 않은 영역과 비교해 막 두께가 얇게 된다. 이러한 물리적인 성질을 이용함으로써, 뚝형상 돌기물(28, 50) 상의 배향막(30, 52)의 막 두께를 선택적으로 얇게 할 수 있다. 예를 들면 스핀 코팅법으로 배향막(30, 52)을 형성하는 경우, 뚝형상 돌기물의 형상과 회전수를 적절히 제어함으로써, 뚝형상 돌기물(28, 50) 상의 배향막(30, 52)의 두께를 제어할 수 있다. 뚝형상 돌기물(28, 50) 상의 배향막(30, 521)은 뚝형상 돌기물의 정상부에서 약 0.5~1nm 정도의 두께로 하는 것이 바람직하다.
도9는 시플레이 주식회사제의 레지스트 S1801을 사용해 뚝형상 돌기물을 형성한 후, JSR 주식회사제의 JALS-684를 스피너 회전수 1500rpm으로 하여 회전 도포함으로써 배향막을 형성한 시료의 뚝형상 돌기물부의 형상을 나타내는 단면 TEM상이다. 도9에 나타낸 바와 같이, 폭 약 8㎛, 높이 약 1.45 m의 뚝형상 돌기물 상에 형성된 배향막의 막 두께는 뚝형상 돌기물의 정상부에서 약 1nm이 되어, 뚝형상 돌기물 간극부의 막 두께인 약 0.3㎛에 대해 극히 얇게 할 수 있었다.
제2 방법은 뚝형상 돌기물(28, 50) 상에 배향막(30, 52)이 형성되어 있지 않은 미세한 영역을 형성하는 방법이다. 배향막(30, 52)이 형성되어 있지 않은 영역에서는 액정 분자는 배향막의 수직 배향 규제력을 받지 않기 때문에, 이와 같이 배향막(30, 52)을 형성함으로써, 뚝형상 돌기물(28, 50) 상의 배향막(30, 52)의 수직 규제력을 선택적으로 약하게 할 수 있다. 또한 배향막이 없는 영역은 기본적으로는 수평 배향이 되지만, 그 영역이 미세한 동시에 주변이 수직 배향이면, 액정은 연속체이기 때문에 배향막이 없는 영역도 수직 배향이 된다. 따라서 배향막이 없는 영역이 충분히 미세하면 배향막(30, 52)을 형성하지 않는 영역을 형성하는 것에 불편은 없다.
예를 들면, 뚝형상 돌기물(28, 50)을 형성한 후에 애싱을 하여 뚝형상 돌기물(28, 50) 표면을 거칠게 하고, 그 후에 배향막(30, 52)의 형성을 하여, 뚝형상 돌기물(28, 50)의 오목부 내부에만 배향막(30, 52)이 남도록 하면, 이러한 상태를 형성할 수 있다.
도10은 시플레이 주식회사제의 레지스트 S1801을 사용해 뚝형상 돌기물을 형성하고, 이어서 플라즈마 애싱을 10초간 하여 뚝형상 돌기물의 표면을 거칠게 하고, 이어서 JSR 주식회사제의 JALS-684를 스피너 회전수 2000rpm으로 하여 회전 도포함으로써 배향막을 형성한 시료의 뚝형상 돌기물부의 형상을 나타내는 단면 TEM상이다. 도시하는 바와 같이, 뚝형상 돌기물의 정상부에는 작은 오목부가 다수 형성되어 있고, 그 오목부 내에는 배향막이 매립되어 있다.
제3 방법은 배향막(30, 52)에 처리를 실시하는 것에 의해 소정의 영역의 수직 배향 규제력을 약하게 하는 방법이다.
일반적으로, 배향막 재료에 자외선을 조사하면 수직 배향 성분의 알킬쇄를 끊을 수 있고, 이것에 의해 수직 배향 규제력의 약한 상태를 실현할 수 있다. 따라서 뚝형상 돌기물(28, 50)의 형성 영역 상의 배향막(30, 52)에 선택적으로 자외선 조사를 함으로써, 수직 배향 규제력이 약한 영역을 선택적으로 형성할 수 있다. 선택적으로 자외선을 조사하기 위해서는 예를 들면, 금속 마스크나 레지스트재에 의해 뚝형상 돌기물 형성 영역 이외의 영역을 덮은 상태에서 자외선 조사를 하면 좋다.
배향막 재료를 구성하는 유기물의 상태를 변화시키는 데는 단파장의 에너지가 높은 자외선을 조사함으로써 효율을 올리는 것이 유효하다. 예를 들면, 250nm 부근의 파장대에 피크를 갖는 광원, 예를 들면 쇼트 아크형의 크세논 수은 램프를 이용할 수 있다.
또한 뚝형상 돌기물(28, 50)부의 표면 장력이 작으면 배향막(30, 52)의 소성시에 뚝형상 돌기물(28, 50) 상의 배향막(30, 52)이 에지부로 모여서, 뚝형상 돌기물(28, 50) 상에 거의 남지 않아, 전압 무인가시에 이미 수평 배향해 버리는 일이 있다. 이것에 의해 일어나는 누설광은 콘트래스트의 저하 및 표시 얼룩의 원인이 된다. 이것을 막기 위해서는 뚝형상 돌기물의 표면 장력을 높이는 처리를 하는 것이 바람직하며, 예를 들면, 뚝형상 돌기물(28, 50)을 형성한 후에 애싱 처리를 하는 프로세스에 의해 달성할 수 있다.
도11은 뚝형상 돌기물의 표면 장력과 광투과율의 관계를 나타내는 도면이다. 도11a는 시플레이 주식회사제의 레지스트 LC-200를 이용해 높이 1.5㎛ 뚝형상 돌기물을 형성하고, 이어서 JSR 주식회사제의 JALS-684를 스피너 회전수 2000rpm으로서 회전 도포함으로써 배향막을 형성한 시료의 전압 인가시의 투과광의 모양을 나타내는 도면, 도11b는 시플레이 주식회사제의 레지스트LC-200을 이용해 높이 1.5㎛의 뚝형상 돌기물을 형성하고, 이어서 플라즈마 애싱을 10초간 해 뚝형상 돌기물의 표면 장력을 향상하고, 이어서 JSR 주식회사제의 JALS-684를 스피너 회전수 2000rpm으로서 회전 도포함으로써 배향막을 형성한 시료의 전압 인가시의 투과광의 모양을 나타내는 도면이다. 또한 도11a에 나타내는 시료의 뚝형상 돌기물의 표면 장력은 약 46mN/m 이고, 도11b에 나타내는 시료의 뚝형상 돌기물의 표면 장력은 65mN/m 이었다.
도시하는 바와 같이, 표면 장력을 향상하고 있지 않은 도11a의 시료에서는 뚝형상 돌기물 간극의 일부에 있어서 광의 투과율이 뒤떨어지고 있는 영역이 존재하고 있어 배향막의 배향성에 교란이 있는 것을 알 수 있지만, 표면 장력을 향상한 도11b의 시료에서는 이러한 현상은 보여지지 않았다. 또 전압 무인가시의 광투과율에 대해서도 같은 관찰을 한 결과, 표면 장력을 향상하고 있지 않은 시료에서는 뚝형상 돌기물 상에 배향막이 거의 남아 있지 않아 뚝형상 돌기물부에 있어서 광이 투과 되지만, 표면 장력을 향상한 시료에서는 이러한 현상은 보여지지 않았다.
또한 본원 발명자이 검토한 뚝형상 돌기물 재료의 범위에서는 애싱 처리를 하지 않는 상태의 표면 장력은 50mN/m보다 낮았다. 또 표면 장력을 개선하는 효과는 약간의 애싱 처리에 의해서도 얻어진다고 생각된다. 따라서 뚝형상 돌기물의 표면 장력이 50mN/m 이상이 되도록 표면 처리를 함으로써, 상기 효과를 얻을 수 있다고 생각된다.
도12는 애싱 처리에 의한 표면 장력(표면 에너지)의 변화를 나타내는 그래프이다. 도면 중, "Sl808"은 뚝형상 돌기물 재료로서 시플레이 주식회사제의 레지스트 S1808을 이용한 경우를, "LC-200"은 시플레이 주식회사제의 레지스트 LC-200을 이용한 경우를 나타내고 있다. 도시하는 바와 같이, 50mN/m 이상의 표면 장력을 얻기 위해서는 약 10초 정도의 애싱을 하면 좋은 것을 알 수 있다(후술의 실시예2 및 비교예2를 참조).
또 자외선 조사, 특히, 엑시머 UV를 조사함으로써, 뚝형상 돌기물(28, 50)의 높이를 낮게 하는 것 없이 표면 장력을 향상할 수 있다.
또 배향막(30, 52)을 형성한 후의 프리베이크시의 온도를 낮게 설정하고, 용매를 천천히 날리도록 하면, 상기와 같은 뚝형상 돌기물(28, 50)의 처리를 하지 않고도 뚝형상 돌기물(28, 50) 상에 배향막(30, 52)을 잔존시킬 수 있다.
도13은 프리베이크의 온도와 광투과율의 관계를 나타내는 도면이다. 도13a는 프리베이크를 80℃에서 한 경우, 도13b는 프리베이크를 30℃에서 한 경우이다. 도시하는 바와 같이, 프리베이크를 80℃에서 한 시료에서는 뚝형상 돌기물부에 있어서 광이 투과하고 있어 뚝형상 돌기물 상의 배향막이 거의 남아 있지 않지만, 프리베이크를 30℃에서 한 시료에서는 이러한 영역은 존재하지 않고 뚝형상 돌기물부에도 배향막이 충분히 잔존하고 있는 것을 알 수 있다(후술의 실시예3 및 비교예3을 참조). 이와 같이 배향막(30, 52) 형성 후의 프리베이크의 온도는 80℃보다도 낮은 온도, 바람직하게는 50℃ 이하로 설정하면 좋다.
MVA 방식을 시작으로 하는 표면 구조를 이용해 표시 영역 전면의 배향을 제어하는 액정 표시 장치에서는, 특히, 배향막면의 액정 분자에 인가하는 앵커링(anchoring) 에너지가 액정 표시 장치의 휘도에 크게 관여한다. MVA 방식에 있어서도, 간극부의 수직 배향 규제력이 너무 강하면, 먼저 배향막과 액정의 계면 근방에 위치하는 액정 분자가 수직하게 경사하기 어렵게 되고, 그것에 따른 벌크의 액정 분자도 경사하기 어렵게 된다. 그 때문에, 투과율이 포화되기 시작하는 전압이 높아지고, 나아가서는 실 구동상의 휘도 및 콘트래스트의 저하를 가져오는 것이 되기도 한다.
이것을 개선하기 위해서는 배향막 전체의 배향 규제력을 일단계 내리는 것이 바람직하다.
배향막 전체의 배향 규제력을 약하게 하는 처리로는 상술의 자외선 조사에 의한 방법이나, 순수 세정을 적용할 수 있다. 러빙 후 세정과 같은 순수 세정을 하면, 세정 처리와 동시에 공정 중에 부착한 이물질을 없앨 수 있으므로, 제품의 수율을 개선하는 데 있어서도 극히 유효하다(후술의 실시예4를 참조).
자외선 조사에 의해 배향 규제력을 약하게 하는 데는, 전술한 바와 같이, 단파장의 에너지가 높은 자외선을 조사하는 것이 유효하다. 예를 들면, 250nm 부근의 파장대에 피크를 갖는 광원, 예를 들면 쇼트 아크형의 키세논 수은 램프를 이용할 수 있다. 또한 자외선 조사 처리나 순수 세정 처리의 상세한 조건은 배향막 재료나 필요로 하는 수직 배향 규제력 등에 따라서 적절히 조정하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면, MVA 방식의 액정 표시 장치에 있어서, 뚝형상 돌기물이 형성된 영역 상의 배향막의 수직 배향 규제력을, 뚝형상 돌기물 간극부의 수직 배향 규제력에 대해 선택적으로 약하게 함으로써, 뚝형상 돌기물 상의 액정 분자가 전압 인가시에 경사하기 쉽게 되므로, 뚝형상 돌기물 형성 영역의 투과광을 증가할 수 있다. 즉 MVA 방식의 액정 표시 장치의 휘도를 개선할 수 있다.
본 발명은 상기 실시예에 한하지 않고 여러가지 변형이 가능하다.
예를 들면, 상기 실시예에서는 TFT-LCD를 예로서 본 발명을 설명했지만, TFT-LCD에 한정하지 않고 여러가지 액정 표시 장치에 적용하는 것이 가능하다. 즉 본 발명은 액정 분자의 경사 방향을 규제하는 뚝형상 돌기물을 형성한 경우의 부적당함을 개선해야 할 배향막의 수직 배향 규제력에 분포를 가지게 하는 것을 특징으로 하는 것이고, 이러한 뚝형상 돌기물을 갖는 액정 표시 장치이면, 예를 들어 단순 매트릭스형의 LCD에 있어서도 동일하게 적용할 수 있다.
또 상기 실시예에서는 뚝형상 돌기물을 지그재그 형상으로 배치함으로써, 액정 분자의 경사 방향을 4방향으로 규제했지만, 뚝형상 돌기물의 배치 패턴은 상기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 뚝형상 돌기물을 띠형상으로 배치하고, 액정 분자의 경사 방향을 2방향으로 규제하도록 하여도 좋다.
또 상기 실시예에서는 TFT 기판 및 CF 기판의 양방에 뚝형상 돌기물을 갖는 액정 표시 장치에 본 발명을 적용했지만, 반드시 양방의 기판에 뚝형상 돌기물이 형성되어 있을 필요는 없고, 한 쪽 기판에만 뚝형상 돌기물이 형성되어 있는 액정 표시 장치에도 동일하게 적용할 수 있다.
[제1 실시형태에 관련하는 실시예]
[실시예1]
뚝형상 돌기물 재료로서 시플레이 주식회사제의 레지스트 LC-200을 이용하고, 뚝형상 돌기물 높이 1.5㎛, 뚝형상 돌기물 폭 7.5㎛, 뚝형상 돌기물 간극 15㎛의 뚝형상 돌기물을 형성하였다. 이어서 배향막 재료로서 JSR 주식회사제의 JALS-2008-R2를 이용하고, 뚝형상 돌기물 상에 미세한 배향막이 없는 영역을 형성해 수직 배향 규제력을 약하게 한 배향막을 형성하였다. 이렇게 해서, 4분할 MVA 평가 셀을 작성하였다. 또한 셀 두께는 3.5㎛로 하였다.
이와 같이 작성한 평가 셀에 대해서 배향상태를 관찰하였던 바, 전압 무인가시에서는 전체적으로 누설광은 없었다. 또 5V 인가시의 배향상태에서는 뚝형상 돌기물 상의 액정 분자는 뚝형상 돌기물의 주사 방향으로 경사하고 있고, 화소 전체에 있어서 높은 투과 광 양을 얻을 수 있다(도5b 참조).
[비교예1]
실시예1과 같은 뚝형상 돌기물 재료 및 배향막 재료를 이용하고, 뚝형상 돌기물부 전체가 배향막에으로 덮인 수직 배향 규제력을 균일로 한 평가 셀을 작성하였다.
이와 같이 작성한 평가 셀에 대해서 배향상태를 관찰하였던 바, 전압 무인가시에서는 실시예1의 평가 셀과 같이 전체적으로 누설광은 보여지지 않았다. 그러나 5V 인가시의 배향상태에 있어서도 뚝형상 돌기물 상의 액정 분자는 수직 배향한 대로이고, 뚝형상 돌기물 형성 영역에 있어서 투과광이 감소하고 있다(도5a 참조).
[실시예2]
뚝형상 돌기물 재료로서 시플레이 주식회사제의 레지스트 LC-200을 이용하고, 돌기물 높이 1.5㎛, 뚝형상 돌기물 폭 7.5㎛, 뚝형상 돌기물 간극 15㎛의 뚝형상 돌기물을 형성하였다. 이어서 애싱 처리를 하고, 뚝형상 돌기물의 표면 에너지를 60mN/m까지 향상시켰다. 이어서 배향막 재료에 JSR 주식회사제의 JALS-684를 이용하고, 뚝형상 돌기물을 덮는 배향막을 형성하였다. 이렇게 해서, 4분할 MVA 평가 셀을 작성하였다. 또한 셀 두께는 3.5㎛로 하였다.
이와 같이 작성한 평가 셀에 대해서 배향상태를 관찰하였던 바, 뚝형상 돌기물 상의 배향 전압 무인가시에 수직 배향, 전압 인가시에 뚝형상 돌기물의 주사 방향으로 경사하는 이상적인 배향상태였다.
JALS-684보다도 수직 배향 규제력이 약한 재료 JALS-2016-R2에 대해서도 표면 에너지를 65mN/m까지 올렸을 때 같은 배향상태를 얻을 수 있었다. 또 뚝형상 돌기물의 재료에 시플레이 주식회사제의 S1801을 대신 이용한 경우에 있어서도 거의 같은 결과가 얻어졌다.
[비교예2]
실시예2의 평가 셀을 뚝형상 돌기물의 패터닝 후의 처리(애싱 처리)를 하지않고 형성하였다.
이 결과, 전압 무인가시에 이미 뚝형상 돌기물 상의 액정 분자는 수평 배향하고 있어 누설광이 생기고 있었다. 또한 이 때의 레지스트막면의 표면 에너지를 측정하였던 바, 대략 45mN/m 이었다.
또 스핀 코팅에 의한 성막에 대신해 JALS-684-R3을 이용한 인쇄에 의해 배향막을 형성한 경우에도 같은 결과였다.
[실시예3]
뚝형상 돌기물 재료로서 시플레이 주식회사제의 레지스트 LC-200을 이용하고, 뚝형상 돌기물 높이 1.5㎛, 뚝형상 돌기물 폭 7.5㎛, 뚝형상 돌기물 간극 15㎛의 뚝형상 돌기물을 형성하였다. 이어서 배향막 재료로서 JALS-684를 도포하고, 30℃의 프리베이크를 핫 플레이트 상에서 행하여, 배향막을 형성하였다. 이 배향막의 권장 소성 온도는 80℃이다. 또 간극부의 배향복막 두께는 45nm였다. 이렇게 해서, 4분할 MVA 평가 셀을 작성하였다. 또한 셀 두께는 3.5㎛로 하였다.
이와 같이 작성한 평가 셀에 대해서 배향상태를 관찰하였던 바, 전압 무인가시에 뚝형상 돌기물 상의 액정 분자는 수직 배향을 유지하고 있어 전체적으로 누설광은 생기고 있지 않았다. 또 전압 인가시에서는 뚝형상 돌기물의 주사 방향으로 경사하는 이상적인 배향상태이고, 화소 전체에서 높은 투과 광 양을 얻을 수 있다(도13b 참조).
또 배향막 막 두께를 10~20nm 정도로 두껍게 도포한 경우에는 50℃의 소성 온도에서도 같은 배향상태를 실현할 수 있었다.
[비교예3]
실시예3의 평가 셀을 배향막의 프리베이크 온도를 80'C으로서 작성하였다.
이와 같이 작성한 평가 셀에 대해서 배향상태를 관찰하였던 바, 전압 무인가시에 뚝형상 돌기물 상의 액정 분자는 이미 수평 배향하고 있고, 뚝형상 돌기물 형성 영역에서 누설광이 생기고 있다.
[실시예4]
뚝형상 돌기물 재료로서 시플레이 주식회사제의 레지스트 LC-200을 이용하고, 뚝형상 돌기물 높이 1.5㎛, 뚝형상 돌기물 폭 7.5㎛, 뚝형상 돌기물 간극 15㎛의 뚝형상 돌기물을 형성하였다. 이어서 배향막 재료로서 점성이 높은 JALS-684-R3을 이용하고, 뚝형상 돌기물부도 어느 정도의 두께 배향막에 의해 덮이도록 하였다. 이어서 순수에 의한 초음파 세정을 20분간 하였다. 이렇게 해서, 4분할 MVA 평가 셀을 작성하였다. 또 비교를 위해 세정 처리를 하지 않은 평가 셀도 작성하였다. 또한 셀 두께는 3.5㎛으로 하였다.
이와 같이 하여 작성한 평가 셀에 대해서 표시 화소 평균의 투과광 강도를 측정한 결과, 세정 처리를 함으로써 전압 5V의 인가시에서 약 22%의 향상이 보여진다(도14). 또 15㎛의 스포트계로 간극부 중앙 및 뚝형상 돌기물부를 분리해 전압 5V 인가시의 투과광 강도를 파장 스펙트럼값으로 측정한 결과, 세정 처리를 함으로써 간극부(도15a)도 뚝형상 돌기물 상(도15b)도 경사하기 쉽게 된 것이 확인되었다. 또 자외선 조사에 의해서도 같은 효과가 얻어졌다.
[제2 실시형태]
본 발명의 제2 실시형태에 의한 액정 표시 장치에 대해서 도16 및 도17을 이용해 설명한다.
도16은 액정 분자의 틸트각과 인가 전압의 관계를 나타내는 그래프, 도17은 본 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 구조를 설명하는 부분 단면도 및 회로도이다. 또한 제1 실시형태에 의한 액정 표시 장치와 같은 구성 요소에는 같은 부호를 붙이고 설명을 생략 혹은 간략하게 한다.
본 실시형태에 의한 액정 표시 장치는 도1 및 도2에 나타내는 바와 같은 MVA 방식의 액정 표시 장치에 있어서, 뚝형상 돌기물(28, 50) 상의 액정층(60)에 인가되는 실질적인 전압을 적절히 제어함으로써, 패널의 투과율 향상을 도모하는 것이다. 즉 액정 표시 장치의 구동 전압 범위에 있어서 뚝형상 돌기물(28, 50) 상의 액정층(60)에 인가되는 전압을 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그 이하가 되도록 제어함으로써, 뚝형상 돌기물(28, 50) 상에서 잘록한 도메인의 발생을 억제하고, 배향 교란에 의한 투과율의 저하를 억제하는 것이다.
액정 분자의 틸트각은 도16에 나타내는 바와 같이, 인가 전압의 증가와 함께 감소하고, 이것과 함께 잘록한 도메인은 증대된다. 즉 액정층에 인가되는 전압을 낮게 할 수 있으면, 특히, 액정 임계치 전압보다도 낮은 전압까지 저하할 수 있으면, 액정 분자의 경도가 충분히 억제되고, 잘록한 도메인도 경미한 것으로 억제된다. 따라서 뚝형상 돌기물 상의 액정 분자에 선택적으로 이러한 전압이 인가되도록 액정 표시 장치의 장치 파라미터를 제어함으로써, 패널의 투과율을 향상시킬 수 있다.
뚝형상 돌기물 상의 액정분자에 선택적으로 다른 전압을 인가하는 수법으로는 여러가지 방법이 생각되지만, 예를 들면, 뚝형상 돌기물의 높이를 소정의 높이로 규정하는 방법, 배향막의 막 두께를 소정의 막 두께로 규정하는 방법, 뚝형상 돌기물 상의 배향막의 수직 배향능을 선택적으로 높이는 방법, 뚝형상 돌기물과 전극 사이에 고저항 전극층을을 개재시키는 방법 등이 생각된다.
본 실시형태에서는 이들 중 뚝형상 돌기물의 높이를 소정이 높이로 규정하는 방법을 적용한 액정 표시 장치에 대해서 나타내고, 다른 방법을 적용한 액정 표시 장치에 대해서는 후술의 실시형태에서 나타내는 것으로 한다.
뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압은 뚝형상 돌기물에 의해 어느 정도 감쇠되지만, 뚝형상 돌기물의 높이가 낮으면 전압의 감쇠폭은 작기 때문에, 액정의 경도가 커져서, 도메인은 강하게 나와 뚝 바깥으로 배향 교란을 유발한다. 한편, 뚝형상 돌기물의 높이가 충분히 높으면 전압의 감쇠폭은 커지기 때문에 액정의 경도는 작아져서, 잘록한 도메인은 경미한 것으로 억제되어 뚝 바깥으로 배향 교란을 유발하기 어렵게 된다. 또 액정층에 인가되는 전압이 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도보다 낮게 되면, 도16에 나타내는 바와 같이, 패널의 투과율의 개선은 포화에 달한다. 따라서 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압이 액정 임계치 전압 또는 그 이하가 되도록 제어함으로써, 잘록한 도메인은 경미한 것으로 억제된다.
그런데 본 실시형태에서는 뚝형상 돌기물을 소정의 높이로 함으로써, 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압을 액정 임계치 전압 또는 그 이하가 되도록 제어한 액정 표시 장치에 대해서 설명한다.
도2에 나타내는 액정 표시 장치에 있어서, 뚝형상 돌기물이 형성된 영역은 도17a에 나타내는 바와 같은 단면 구조가 되어 있다. 즉 화소 전극(26)과 공통 전극(48)이 액정(60)을 봉지한 상태로 대향해 배치되어 있고, 화소 전극(26) 상에는 뚝형상 돌기물(28)이 형성되어 있다. 또한 공통 전극(48) 상에도 뚝형상 돌기물이 형성되는 영역은 존재하지만, 화소 전극(26) 상에 형성된 경우와 다른 것은 없는 것으로 여기서는 생략한다.
이러한 구조에 있어서, 화소 전극(26)과 공통 전극(48) 사이에 구성되는 전기 회로를 생각하면, 도17b에 나타내는 바와 같이, 액정층(60)과 뚝형상 돌기물(28)은 각각 저항과 콘덴서를 조합한 합성 회로라고 볼 수 있다. 여기서 Rlc는 액정층의 저항, Rr는 뚝형상 돌기물의 저항, Clc는 액상층의 정전 용량, Cr는 뚝형상 돌기물의 정전 용량이다.
도17b의 회로에 있어서, 교류인가시의 액정층(60)과 뚝형상 돌기물(28)의 저항치가 충분히 높은 경우를 고려하면, 저항 회로에 흐르는 전류는 미량으로 무시할 수 있는 레벨이 된다. 따라서 도17a에 나타내는 단면 구조의 등가 회로에서는 도17c에 나타내는 바와 같은 콘덴서의 직렬 접속으로 근사할 수 있으므로, 액정 표시 장치의 구동 전압을 V로 하면, 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압 Vlc는 다음 식에 의해 구해진다.
Vlc= {Cr/(Cr+Clc)}V … (l)
정전 용량 Clc, Cr은 액정층의 비유전율을 εlc, 뚝형상 돌기물의 비유전율을 εr, 진공유전율을 ε0, 뚝형상 돌기물의 형성 영역의 면적을 S, 액정층의 두께를 dlc, 뚝형상 돌기물의 두께를 dr로 하면,
Clc= ε0εlcS/dlc, Cr= ε0εrS/dr… (2)
로서 표현되므로, 식(2)을 식(1)에 대입하면 이하와 같이 된다.
Vlc={εrdlc/(εrdlc+ εlcdr)}V … (3)
따라서, 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압 Vlc는 액정층과 뚝형상 돌기물의 유전율, 두께에 의해 규정할 수 있고, 액정층의 유전율과 액정 패널의 두께가 결정되면, 뚝형상 돌기물에 의해 전압 Vlc를 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그 이하가 되도록 제어할 수 있다.
또 식(3)은 수지막의 유전율과 막 두께의 쌍방을 포함하는 것으로, 어느 일방 또는 쌍방을 제어함으로써 투과율의 최적화를 도모할 수 있다. 예를 들면, 뚝형상 돌기물을 형성하기 위한 수지막에 의해서는 두꺼운 막을 도포 하면 균일성이 손상되거나 패턴 형성이 곤란해지는 일도 있지만, 막 두께와 유전율을 조합해 제어하면, 막 두께를 그 정도로 두껍게 하지 않고 투과율을 개선하는 것도 가능하다.
또한 뚝형상 돌기물의 유전율은 배향 제어를 하기 위한 액정의 유전율보다 작다. 또 뚝형상 돌기물은 패턴을 형성하기 쉽기 때문에 고분자 수지가 이용되는 일이 많다. 한편, 고분자 수지의 유전율은 대체로 2.0 이상이지만, 액정 임계치 전압의 근방에서 부의 유전율 이방성을 지닌 액정의 유전율은 대체로 3.0~5.0의 범위에 있고, 뚝형상 돌기물에 사용하는 고분자 수지의 유전율은 2.0~5.0의 범위가 된다. 또 액정 임계치 전압은 대체로 2.0~3.0V이다. 따라서 이들 값을 식(3)에 대입함으로써 상기 조건을 만족하는 뚝형상 돌기물의 막 두께 dr의 범위를 구하면, 뚝형상 돌기물의 막 두께 dr은 액정 패널의 두께 d의 비로,
0.3 ≤ dr/d ≤ 0.6
이 된다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면, 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압이 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그 이하가 되도록 뚝형상 돌기물의 막 두께를 제어하므로, 뚝형상 돌기물 상의 액정의 경도를 작게 할 수 있다. 이것에 의해 도메인을 경미한 것으로 억제할 수 있으므로, 뚝 바깥으로의 배향 교란의 유발에 의한 투과율의 저하를 억제할 수 있다.
[제3 실시형태]
본 발명의 제3 실시형태에 의한 액정 표시 장치에 대해서 도18 및 도19를 이용해 설명한다. 또한 도17에 나타내는 제2 실시형태에 의한 액정 표시 장치와 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략 혹은 간략하게 한다.
도18은 본 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 구조를 설명하는 부분 단면도 및 회로도, 도19는 배향막의 도포막 두께와 스피너의 회전수의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 실시형태에서는 뚝형상 돌기물 상에 형성된 배향막에 의해 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압을 액정 임계치 전압 또는 그 이하가 되도록 제어한 액정 표시 장치에 대해서 설명한다.
배향막은 통상 액정층이나 뚝형상 돌기물에 비해 그 막 두께가 충분히 얇기 때문에, 배향막에 의해 감쇠되는 전압 성분은 일반적으로는 작다. 이 때문에, 제2 실시형태에 의한 액정 표시 장치에서는 배향막에 관하여 고려하지 않았지만, 배향막의 막 두께를 두껍게 도포하는 경우에는 그 값은 무시할 수 없는 것이 되고, 뚝형상 돌기물과 같이 액정층에 인가되는 전압 Vlc을 제어하는 인자가 될 수 있다.
이 경우, 뚝형상 돌기물이 형성된 영역은 도18a에 나타내는 바와 같은 단면 구조가 된다. 즉 화소 전극(26)과 공통 전극(48)이 액정(60)을 봉지한 상태에서 대향해 배치되어 있고, 화소 전극(26) 상에는 뚝형상 돌기물(28)이 형성되고, 뚝형상 돌기물(28) 상에는 배향막(30)이 형성되어 있다.
이러한 구조에 있어서, 화소 전극(26)과 공통 전극(48) 사이에 구성되는 전기 회로를 생각하면, 제2 실시형태에서 나타낸 바와 같이, 등가 회로는 액정층(60)으로 구성되는 콘덴서와, 배향막(30)으로 구성되는 콘덴서와, 뚝형상 돌기물(28)로 구성되는 콘덴서의 직렬 접속이 된다(도18b). 따라서, 배향막상의 액정층에 인가되는 전압 Vlc는
Vlc= {εalεrdlc/ (εrεlcdal+ εalεrdlc+ εlcεaldr)}V …(4)
이 된다. 그리고 εal은 배향막의 비유전율을, dal은 배향막의 막 두께이다.
따라서 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압 Vlc는 배향막의 막 두께나 유전율에 의해서도 제어할 수 있고, 이에 따라 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압 Vlc을 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그것 이하로 설정할 수 있게 된다.
단, 배향막의 유전율이 액정의 그것과 다르면 눌러 붙는 등의 현상이 생기기 쉽게 되기 때문에, 투과율의 제어는 배향막의 막 두께를 두껍게 함으로써 하는 것이 바람직하다. 또 뚝형상 돌기물 상 이외의 배향막까지 두껍게 하여 버리면 구동 전압이 전체적으로 저전압 측으로 이동해 투과율의 저하로 이어지기 때문에, 뚝형상 돌기물 상의 배향막을 선택적으로 두껍게 하는 것이 바람직하다.
배향막은 통상 스핀 코팅법으로 형성되어 있고, 배향막의 막 두께는 스피너의 회전수에 의해 제어할 수 있다. 예를 들어 도19에 나타내는 바와 같이, 배향막의 도포막 두께는 스피너의 회전수의 증가와 함께 얇게 되는 경향이 있고, 예를 들면 종래 이용되고 있는 80nm의 도포막 두께를 얻기 위해서는 약 1500rpm의 회전수로 도포하면 좋다.
또 배향막의 막 두께를 선택적으로 두껍게 하는 방법으로는 다양한 방법이 생각되지만, 예를 들면, 소정의 막 두께의 배향막을 전면에 형성하고, 이어서 리소그래피에 의해 뚝형상 돌기물 상의 배향막만을 잔존하도록 배향막을 패터닝하고, 그 후, 전면에 배향막을 재차 도포함으로써, 뚝형상 돌기물 상의 막 두께가 다른 영역의 막 두께보다도 두꺼운 배향막을 형성할 수 있다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면, 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압이 액정　임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그 이하가 되도록 배향막의 막 두께를 제어하므로, 뚝형상 돌기물 상의 액정의 잘록한 도메인을 작게 할 수 있다. 이것에 의해 도메인을 경미한 것으로 억제할 수 있으므로, 뚝 바깥으로의 배향 교란의 유발에 의한 투과율의 저하를 억제할 수 있다.
또한, 상기 실시예에서는 배향막만을 제어하는 경우에 대해서 기재했지만, 배향막과 뚝형상 돌기물의 쌍방을 제어함으로써 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압이 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그 이하가 되도록 해도 좋다.
[제4 실시형태]
본 발명의 제4 실시형태에 의한 액정 표시 장치에 대해서 도20 및 도21을 이용해 설명한다. 또한 도17 내지 도19에 나타내는 제2 및 제3 실시형태에 의한 액정 표시 장치와 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략 혹은 간략하게 한다.
도20은 본 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 구조를 설명하는 부분 단면도, 도21은 수직 배향능의 변화에 수반하는 액정관치 전압의 변화를 나타내는 그래프이다.
본 실시형태에서는 배향막의 수직 배향능을 제어함으로써, 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압을 액정 임계치 전압 또는 그 이하가 되도록 제어한 액정 표시 장치에 대해서 설명한다.
액정층의 배향성은 배향막이 갖는 수직 배향능에 의존한다. 즉 배향막의 수직 배향능이 높을 정도로 액정 분자의 배향막에로의 앵커링이 강하게 되고, 전압 인가에 대해 배향하기 어렵게 된다. 따라서 뚝형상 돌기물 상의 배향막의 수직 배향능을 선택적으로 높임으로써, 뚝형상 돌기물 상의 액정층을 선택적으로 배향하기 어렵게 할 수 있다.
즉 도20에 나타내는 바와 같이, 뚝형상 돌기물(28)이 형성된 영역에, 수직 배향능을 높인 배향막(30a, 52a)을 선택적으로 형성함으로써, 뚝형상 돌기물(28) 상의 액정층(60)에 인가되는 전압이 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그 이하가 되도록 제어할 수 있다. 배향막의 수직 배향능, 배향막의 구성 재료 중에, 수직 배향 성분(측쇄에 긴 알킬기를 갖는 폴리이미드)를 많게 배합함으로써 액정 분자의 수직 배향성을 높일 수 있다. 예를 들면, 종래의 배향막보다도 수직 배향 성분을 약 30% 증가한 배향막을 구성함으로써, 도21에 나타낸 바와 같이, 투과율이 포화량의 약 10%가 되는 전압, 즉 액정 분자의 임계치 전압을 약 4.1V으로부터 약 6.0V까지 높일 수 있었다.
이와 같이 뚝형상 돌기물 상의 배향막의 수직 배향능을 높임으로써, 뚝형상 돌기물이 형성된 영역에서는 같은 전압을 인가해도 액정은 경사지기 어렵게 되고, 뚝형상 돌기물 상의 액정층만 액정 임계치 전압은 고전압 측으로 이동한다. 그 때문에, 구동 전압을 감쇠시키지 않아도 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압을 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그것 이상이 되도록 제어할 수 있다.
또한 배향막의 수직 배향능을 선택적으로 높이는 방법으로는 다양한 방법이 생각된다. 예를 들면, 수직 배향능이 높은 배향막을 전면에 형성하고, 이어서 통상의 리소그래피 기술에 의해 뚝형상 돌기물 상의 배향막만을 잔존하도록 배향막을 패터닝하고, 그 후, 전면에 수직 배향능이 낮은 배향막을 재차 도포함으로써, 뚝형상 돌기물 상의 수직 배향능이 다른 영역의 수직 배향능보다도 높은 배향막을 형성할 수 있다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면, 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압이 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그 이하가 되도록 배향막의 수직 배향능을 제어하므로, 뚝형상 돌기물 상의 액정의 경도를 작게 할 수 있다. 이것에 의해 도메인을 경미한 것으로 억제할 수 있으므로, 뚝 바깥으로의 배향 교란의 유발에 의한 투과율의 저하를 억제할 수 있다.
[제5 실시형태]
본 발명의 제5 실시형태에 의한 액정 표시 장치에 대해서 도22 및 도23을 이용해 설명한다. 또한 도17 내지 도21에 나타내는 제2 내지 제4 실시형태에 의한 액정 표시 장치와 같은 구성 요소에는 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략 혹은 간략하게 한다.
도22는 본 실시형태에 의한 액정 표시 장치의 구조를 설명하는 부분 단면도 및 회로도, 도23은 ITO막의 저항치와 성막시의 산소 분압의 관계를 나타내는 그래프이다.
본 실시형태에서는, 뚝형상 돌기물과 전극 사이에 고저항 전극층을 형성하고, 고저항 전극층의 저항치를 제어함으로써, 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압을 액정 임계치 전압 또는 그 이하가 되도록 제어한 액정 표시 장치에 대해서 설명한다.
일반적으로, 화소 전극이나 공통 전극에 이용되는 전극 재료의 저항은 충분히 작은 것이고, 이들 전극에 의해 감쇠하는 전압 성분은 무시하고 있다. 그러나 전극 저항을 크게 함으로써 그 값은 무시할 수 없는 것이 되고, 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압 Vlc를 제어하는 인자가 될 수 있다. 또 뚝형상 돌기물 하의 영역의 전극 부분을 선택적으로 고저항화 처리를 하거나, 뚝형상 돌기물과 전극 사이에 고저항의 전극층을 개재시키는 것으로 하면, 이와 같이 형성한 고저항층에 의해 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압 Vlc를 제어할 수 있다.
이 경우, 뚝형상 돌기물이 형성된 영역은 도22a에 나타내는 바와 같은 단면 구조가 된다. 즉 화소 전극(26)과 공통 전극(48)이 액정(60)을 봉지한 상태에서 대향해 배치되어 있고, 화소 전극(26) 상에는 뚝형상 돌기물(28)이 형성되고, 뚝형상 돌기물(28)과 화소 전극(26) 사이에는 고저항 전극층(64)이 형성되어 있다.
이러한 구조에 있어서, 화소 전극(26)과 공통 전극(48) 사이에 구성되는 전기 회로를 생각하면, 제2 실시형태에서 나타낸 바와 같이, 등가 회로에서는 액정층(60)으로 구성되는 콘덴서와, 뚝형상 돌기물(28)로 구성되는 콘덴서와, 고저항 전극층(64)의 직렬 접속이 된다(도22b). 따라서 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압 Vlc는
Vlc= {εrdlc/ (εrdlc+ εlcdr)}(V-IRel)) …(5)
이 된다. 그리고 Rel은 고저항 전극층의 저항치, I은 전류이다.
따라서, 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압 Vlc는 고저항 전극층에 의해서도 제어할 수 있고, 이에 따라 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압 Vlc를 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그것 이하로 설정할 수 있게 된다.
또한 화소 전극이나 공통 전극으로는 IT0막 등의 투명 전극 재료가 이용되고 있지만, ITO막의 경우, 예를 들면 스퍼터에 의한 성막시의 가스 분압을 제어함으로써 저항치를 제어할 수 있다. 즉 도22에 나타내는 바와 같이, Ar 가스에 대한 O2가스의 가스 분압비(PO2/PAr)를 증가할 정도로 ITO막의 저항치가 증가하는 관계에 있고, 식(5)에 의해 얻어진 저항치에 기초하여 산소 분압을 구함으로써, 소정의 저항치의 고저항 전극층을 형성할 수 있다.
또 고저항 전극층을 선택적으로 형성하는 방법으로는 다양한 방법이 생각되지만, 예를 들면, 뚝형상 돌기물의 형성 예정 영역을 노출하는 레지스트 패턴을 통상의 리소그래피 기술로 형성한 후, 전면에 고저항의 ITO막을 스퍼터법으로 퇴적하고, 이어서 레지스트 패턴을 그 상층의 ITO막과 함께 제거하고, 뚝형상 돌기물의 형성 예정 영역에만 ITO막을 잔존시킴으로써, 뚝형상 돌기물의 형성 예정 영역에만 선택적으로 고저항 전극층을 형성할 수 있다.
이와 같이 본 실시형태에 의하면, 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압이 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그 이하가 되도록 고저항 전극층의 저항치를 제어하므로, 뚝형상 돌기물 상의 액정의 경도를 작게 할 수 있다. 이것에 의해 잘록한 도메인을 경미한 것으로 억제할 수 있으므로, 뚝 바깥에 대한 배향 교란의 유발에 의한 투과율의 저하를 억제할 수 있다.
또한 상기 실시예에서는 고저항 전극층의 저항치만을 제어하는 경우에 대해서 기재했지만, 저항치와 뚝형상 돌기물의 쌍방을 제어함으로써 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압이 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그 이하가 되도록 해도 좋다. 또 제3 실시형태에 나타낸 바와 같이, 배향막을 더 고려해도 좋다.
또 상기 실시예에서는 화소 전극과 뚝형상 돌기물 사이에 고저항 전극층을 형성된 경우에 대해서 설명했지만, 도24에 나타내는 바와 같이, 화소 전극(26) 및 공통 전극(48)의 전체를 고저항 재료로 된 화소 전극(26a), 공통 전극(48a)으로 형성하는 경우(도24a), 뚝형상 돌기물(28)이 형성된 영역의 화소 전극(28) 또는 공통 전극(48)의 일부의 영역에 고저항 전극(26b)을 형성하는 경우(도24b)에도 같이 적용할 수 있다.
또 화소 전극 또는 공통 전극의 일부를 고저항화하는 경우에는 전극의 막 두께를 선택적으로 얇게 한 영역(26c)을 형성하여도 저항치를 높일 수 있다(도24c).
[제2 내지 제5 실시형태에 관련하는 실시예]
이하에, 제2 내지 제5 실시형태에 관련하는 실시예를 나타낸다. 또한 이하의 실시예의 액정 표시 장치의 특성 평가는 다음과 같이 작성한 평가 패널에 기초하여 하였다.
먼저 평가 기판 상에, 아크릴계 수지 r1(εr1= 3.2) 또는 아크릴계 수지 r2(εr2=2.6)을 이용하고, 뚝형상 돌기물이 교호에 배치되도록 형성하였다.
이어서 이와 같이 형성한 뚝형상 돌기물의 표면을 플라즈마 애싱에 의해 개질하였다.
이어서 스피너로 수직 배향막(εa1= 4.3)을 도포하고, 배향막의 경화 후에 셀을 짰다.
셀을 짠 후, 부의 유전율 이방성을 지닌 불소계 액정(εlc= 4.15, Vth= 2.43)을 주입해 셀 두께 d = 4.0㎛의 평가 패널을 작성하였다.
또한 이하의 실시예 중에 나타내는 비교예는 종래 이용되고 있던 조건으로 뚝형상 돌기물을 작성한 평가 패널이고, 뚝형상 돌기물 재료로서 아크릴 수지 r1을 이용하고, 막 두께 1.4㎛ 의 뚝형상 돌기물, 막 두께 80nm의 배향막을 형성한 것이다.
[실시예5]
아크릴계 수지 r1을 이용하고, 뚝형상 돌기물의 막 두께가 다른 복수의 평가 패널을 상기의 순서에 의해 작성하였다.
액정 표시 장치의 구동 전압의 상한이 5V 정도라고 생각한 경우, 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압이 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그 이하가 된 뚝형상 돌기물의 막 두께 dr1은 식(3)에 상기 각 값을 대입함으로써,
Vlc= Vth≥ {εr1dlc/ (εr1dlc+ εlcdr1)}V
2.43 ≥{(3.2 × (4 - dr1))/(3.2 ×(4 - dr1) + 4.15 × dr1}×5
로 표시된다. 따라서 이 식을 풀어서, 막 두께 dr1은
dr1≥ 1.80 ㎛
로서 구해진다.
그런데 아크릴계 수지 r1으로 된 뚝형상 돌기물의 막 두께 d1을 1.4㎛, 1.6㎛, 18㎛, 2.2㎛로서, 평가 패널을 작성하고, 각각의 투과율의 측정 및 배향 관찰을 하였다.
그 결과, 평가 패널의 투과율은 도25에 나타내는 바와 같이, 뚝형상 돌기물의 막 두께를 증가함으로써 증가하는 것을 알 수 있다. 특히, 상기의 계산에 의해 얻어진 1.8㎛ 이상의 막 두께로 뚝형상 돌기물을 형성한 경우에는 구동 전압 인가시의 투과율이, 막 두께 1.4㎛의 경우와 비교해 약 6%(Tmax/Tmin = 1.06) 향상하고 있었다.
또 배향 관찰을 한 결과, 도26에 나타내는 바와 같이, 뚝형상 돌기물의 막 두께가 얇으면 뚝형상 돌기물 상의 잘록한 도메인은 현저해지고, 잘록한 도메인을 기점으로 하는 뚝 바깥의 배향 교란도 크게 되어 있지만(도26a), 뚝형상 돌기물의 막 두께의 증가와 함께 잘록한 도메인은 감소하고(도26b), 뚝형상 돌기물의 막 두께가 1.8㎛ 이상이 되면 잘록한 도메인은 경미해져 잘록한 도메인을 기점으로 하는 뚝 바깥으로의 배향 교란이 억제 되어 있는 것을 알 수 있다(도26c).
이상의 결과로부터, 식(3)에 기초하여 얻어지는 뚝형상 돌기물 막 두께 이상으로 뚝형상 돌기물을 형성함으로써, 돌기물 상의 액정에 인가되는 전압은 액정 임계치 전압 이하가 되기 때문에 액정의 경도는 작게 억제되고, 잘록한 도메인은 경미한 것이 되는 것이 명백하게 되었다.
[실시예6]
아크릴계 수지 r2를 이용하고, 뚝형상 돌기물의 막 두께가 다른 복수의 평가 패널을 상기의 순서에 의해 작성하였다.
액정 표시 장치의 구동 전압의 상한이 5V 정도라고 생각한 경우, 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압이 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그 이하가 된 뚝형상 돌기물의 막 두께 dr2는 식(3)에 상기 각 값을 대입함으로써,
Vlc= Vth≥ {εr2dlc/(εr2dlc+ εlcdr2)}V
2.43 ≥ {(2.6 × (4-dr2))/(2.6 × (4 - dr2) + 4.15 × dr2}×5
로 표시된다. 따라서 이 식을 풀어서, 막 두께 dr2는
dr2≥ 1.59㎛
로서 구해진다.
그런데 아크릴계 수지 r2으로 된 뚝형상 돌기물의 막 두께 dr2를 1.6㎛로서 평가 패널을 작성하고, 투과율의 측정 및 배향 관찰을 하였다.
그 결과, 평가 패널의 투과율은 도27에 나타내는 바와 같이, 아크릴계 수지 r1를 이용해 l.4㎛ 두께의 뚝형상 돌기물을 형성한 경우, 및 아크릴계 수지 r1을 이용해 1.6㎛ 두께의 뚝형상 돌기물을 형성한 경우보다도 증가하는 것을 알 수 있다. 특히, 아크릴계 수지 r1을 이용해 1.4㎛ 두께의 뚝형상 돌기물을 형성한 종래의 조건과 비교하면, 구동 전압 인가시의 투과율은 약 6% 향상하고 있었다.
또 배향 관찰을 한 결과, 도26에 나타내는 실시예5의 경우와 같이, 배향 교란이 억제 되어 있는 것을 알 수 있다.
이상의 결과로부터, 식(3)에 기초하여 얻어지는 뚝형상 돌기물 막 두께 이상으로 뚝형상 돌기물을 형성함으로써, 돌기물 상의 액정에 인가되는 전압은 액정 임계치 전압 이하가 되기 때문에 액정의 경도는 작게 억제되고, 잘록한 도메인은 경미한 것이 되는 것이 명백히 되었다.
[실시예7]
아크릴계 수지 r1으로 된 막 두께 1.4㎛의 뚝형상 돌기물을 갖고, 그 상면이 막 두께가 다른 배향막으로 덮인 복수의 평가 패널을 상기의 순서에 의해 작성하였다.
액정 표시 장치의 구동 전압의 상한이 5V 정도라고 생각한 경우, 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압이 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그 이하가 되는 배향막의 막 두께 dal은 식(4)에 상기 각 값을 대입함으로써,
Vlc= {εalεrdlc/(εrεlcdal+ εalεrdlc+ εlcεaldr)}V
1.43 ≥ {(4.3 × 2.6 × (2.6 - dal))/(3.2 × 4.15 × dal+ 4.3 × 3.2 × (2.6 dal) + 4.15 × 4.3 × 1.4)} × 5
로 표시된다. 따라서 이 식을 풀어서, 막 두께 dal은
dal≥ 460 nm
로서 구해진다.
그런데 아크릴계 수지 r1으로 된 막 두께 1.4㎛의 뚝형상 돌기물 상에, 뚝형상 돌기물 상의 막 두께가 약 500nm, 그 외의 영역의 막 두께가 약 80nm인 배향막이 형성된 평가 패널을 작성하고, 투과율의 측정 및 배향 관찰을 하였다.
또한 막 두께를 선택적으로 두껍게 한 배향막은 이하의 순서로 형성하였다. 먼저 뚝형상 돌기물을 형성한 기판 상에, 500~1000rpm 정도의 조건으로 배향막을 거듭 칠하여 약 420nm의 막 두께의 배향막을 형성하였다. 이어서 통상의 리소그래피 기술에 의해 뚝형상 돌기물 상의 배향막만을 잔존하도록 배향막을 패터닝하였다. 그 후, 1500rpm의 조건으로 배향막을 재차 전면에 도포하였다. 이렇게 해서, 뚝형상 돌기물 상의 막 두께가 약 500nm, 그것 이외의 영역의 막 두께가 80nm인 배향막을 형성하였다.
이와 같이 작성한 평가 패널의 투과율을 측정한 결과, 도28에 나타내는 바와 같이, 배향막의 막 두께를 80nm로 한 종래의 조건과 비교하여, 구동 전압 인가시의 투과율은 약 6% 향상하고 있었다.
배향 관찰을 한 결과, 도26에 나타내는 실시예5의 경우와 같이, 배향 교란이 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
이상의 결과로부터, 식(4)에 기초하여 얻어지는 막 두께 이상으로 배향막을 형성함으로써, 돌기물 상의 액정에 인가되는 전압은 액정 임계치 전압 이하가 되기 때문에 액정의 경도는 작게 억제되고, 잘록한 도메인은 경미한 것으로 되는 것이 명백하게 되었다.
[실시예8]
아크릴계 수지 r1으로 된 막 두께 1.4㎛의 뚝형상 돌기물을 갖고, 돌기 형성 영역의 수직 배향능이 다른 영역의 수직 배향능과는 다른 복수의 평가 패널을 상기의 순서에 의해 작성하였다.
즉 뚝형상 돌기물이 형성된 영역의 배향막으로서, 수직 배향 성분(측쇄에 긴 알킬기를 갖는 폴리이미드 성분)의 혼합비를 약 30% 증가한 배향막을 선택적으로 형성하였다. 또한 수직 배향능을 선택적으로 높인 배향막은 먼저 수직 배향능이 높은 배향막을 전면에 형성하고, 이어서 리소그래피에 의해 뚝형상 돌기물 상의 배향막만을 잔존하도록 배향막을 패터닝하고, 그 후, 전면에 수직 배향능이 낮은 배향막을 재차 도포함으로써 형성하였다.
이와 같이 형성한 평가 패널에 대해서 투과율의 측정 및 배향 관찰을 하였다. 그 결과, 평가 패널의 투과율은 도29에 나타내는 바와 같이, 수직 배향 성분의 혼합비를 30% 증가한 배향막을 이용함으로써, 종래의 배향막을 이용한 경우와 비교하여, 구동 전압 인가시의 투과율은 약 6% 향상하고 있었다.
또 배향 관찰을 한 결과, 도26에 나타내는 실시예5의 경우와 같이, 배향 교란이 억제 되어 있는 것을 알 수 있다.
이상의 결과로부터, 뚝형상 돌기물의 형성 영역의 배향막의 수직 배향능을 선택적으로 높임으로써, 돌기물 상의 액정에 인가되는 전압은 액정 임계치 전압 이하가 되기 때문에 액정의 경도는 작게 억제되고, 잘록한 도메인은 경미한 것이 되는 것이 명백하게 되었다.
[실시예9]
아크릴계 수지 r1으로 된 막 두께 1.4㎛의 뚝형상 돌기물을 갖고, 돌기물 하의 전극의 저항치가 다른 복수의 평가 패널을 상기의 순서에 의해 작성하였다.
액정 표시 장치의 구동 전압의 상한이 5V 정도라고 생각한 경우, 뚝형상 돌기물 상의 액정층에 인가되는 전압이 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그것 이하로 되는데 필요한 전극 저항 Rel은 식(5)에 상기 각 값을 대입함으로써,
Vlc= {εrdlc/εrdlc+ εlcdr)}(V-IRel)
2.43 ≥ {(3.2 × 2.6)/(3.2 × 2.6) + 4.15 × 1.4} × (5-IRel)
로 표시된다. 따라서 이 식을 풀어서, IRel은
IRel≥ 0.866 [V]
이 된다. 여기서 구동 전원의 주파수 f를 30Hz, 돌기 면적을 l.0 cm2× 0.25로 하면, 전류 I는 I = 2πfCV로 표시되므로,
I = Ilc= 2πfClcVlc= 2 × 3.14 × 30 × 3.53 × 10-10×2.43
= l.62 × 10-7[A]
로서 구해진다. 따라서 전극 저항 R은
R ≥ 5.34 × 106[Ω]
로 구해진다.
그런데 아크릴계 수지 r1으로 된 막 두께 1.4㎛의 뚝형상 돌기물 하의 전극의 저항치를 5 × 106Ω으로 한 평가 패널을 작성하고, 투과율의 측정 및 배향 관찰을 하였다.
그 결과, 평가 패널의 투과율은 도30에 나타내는 바와 같이, 전극 저항을 5 × 10-5Ω으로 한 종래의 조건과 비교하여, 구동 전압 인가시의 투과율은 약 6% 향상하고 있었다.
또 배향 관찰을 한 결과, 도26에 나타내는 실시예5의 경우와 같이, 배향 교란이 억제되어 있는 것을 알 수 있다.
이상의 결과로부터, 식(5)에 기초하여 얻어지는 저항치 이상의 전극을 뚝형상 돌기물 하에 형성함으로써, 돌기물 상의 액정에 인가되는 전압은 액정 임계치 전압 이하가 되기 때문에 액정의 경도는 작게 억제되고, 도메인은 경미한 것으로 되는 것이 명백하게 되었다.
[제6 실시형태]
본 발명의 제6 실시형태에 의한 액정 표시 장치에 대해서 도31 내지 도41을 이용해 설명한다.
도31은 MVA형 액정 표시 장치의 평면도, 도32는 MVA형 액정 표시 장치의 TFT 부분의 단면도, 도33은 MVA형 액정 표시 장치의 화소 전극 부분의 단면도, 도34는 MVA형 액정 표시 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 액정 셀의 단면도, 도35는 종래예 및 실시예의 MVA형 액정 표시 장치의 투과율의 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면, 도36은 비교예 및 실시예에 의한 액정 표시 장치의 돌기물의 단면도, 도37은 액정 분자의 경사 방향 및 휘도 분포를 설명하기 위한 화소의 부분 평면도, 도38은 아크릴 수지 및 레지스트 수지의 투과율을 나타내는 그래프, 도39는 돌기물과 액정 재료의 굴절률차에 의한 투과율에 대한 영향을 설명하기 위한 액정 셀의 단면도, 도40은 스페이서 돌기물을 이용한 액정 셀의 평면도 및 단면도, 도41은 주변 돌기부의 배치를 설명하기 위한 TFT 기판의 개략 평면도이다.
본원 발명자들은 MVA형 액정 표시 장치에 있어서 화면 내의 평균 투과율의 저하의 요인에 대해서 고찰하였다. 본 발명의 실시예를 설명하기 전에, 일반적인 MVA형 액정 표시 장치의 구조 및 제조 방법에 대해서 설명하면서, 평균 투과율 저하의 요인에 대해서 설명한다.
도31은 MVA형 액정 표시 장치의 평면도를 나타낸다. 복수의 게이트 버스 라인(105)이 도면의 행방향(횡방향)으로 연재한다. 서로 이웃하는 2개의 게이트 버스 라인(1055)사이에, 행방향으로 연재하는 용량 버스 라인(108)이 배치되어 있다. 게이트 버스 라인(105)과 용량 버스 라인(108)을 절연막이 덮는다. 이 절연막 상에 도의 열방향(종방향)으로 연재하는 복수의 드레인 버스 라인(107)이 배치되어 있다.
게이트 버스 라인(105)과 드레인 버스 라인(107)의 교차 장소에 대응하여, 박막 트랜지스터(TFT)(110)가 형성되어 있다. TFT(110)의 드레인 영역은 대응하는 드레인 버스 라인(107)에 접속되어 있다. 게이트 버스 라인(105)이 대응하는 TFT(110)의 게이트 전극을 겸한다.
드레인 버스 라인(107)과 TFT(110)를 층간 절연막이 덮는다. 2개의 게이트 버스 라인(105)과 2개의 드레인 버스 라인(107)에 둘러싸인 영역 내에, 화소 전극(112)이 배치되어 있다. 화소 전극(112)은 대응하는 TFT(110)의 소스 영역에 접속되어 있다.
용량 버스 라인(108)으로부터 분기한 보조 용량 지선(109)이 화소 전극(112)의 가장자리를 따라 연재하고 있다. 용량 버스 라인(108) 및 보조 용량 지선(109)은 화소 전극(112)의 사이로 보조 용량을 형성한다. 용량 버스 라인(108)의 전위는 임의의 전위로 고정되어 있다.
드레인 버스 라인(107)의 전위가 변동되면, 부유 용량에 기인하는 용량 결합에 의해 화소 전극(112)의 전위가 변동한다. 도31의 구성에서는, 화소 전극(112)이 보조 용량을 개재하여 용량 버스 라인(108)에 접속되어 있기 때문에, 화소 전극(112)의 전위 변동을 저감할 수 있다.
TFT 기판 및 대향 기판의 대향면 상에 각각 뚝형상의 돌기물(117, 118)이 형성되어 있다. 돌기물(117, 118)은 열방향으로 연재하는 지그재그 패턴을 따라 배치되어 있다. 지그재그 패턴이 굴곡하는 각은 직각이다. TFT측 돌기물(117)은 행방향으로 등간격으로 배열하고, 그 굴곡점은 게이트 버스 라인(105) 및 용량 버스 라인(108)의 상에 위치한다. CF측 돌기물(118)은 TFT측 돌기물(117)과 거의 합동의 패턴을 갖고, 서로 이웃하는 2개의 TFT측 돌기물(117)의 거의 중앙에 배치되어 있다. TFT측 돌기물(117)의 폭은 약 5㎛이고, CF측 돌기물(118)의 폭은 약 10㎛이다.
액정 셀의 양 측에 편광판이 배치된다. 이 편광판은 그 편광축이 돌기물(117, 118)의 각 직선 부분과 45° 엇갈리도록 크로스니콜 배치된다. 즉 한 쪽 편광판의 편광축은 도면의 행방향으로 평행이고, 다른 쪽 편광판의 변경축은 도면의 열방향으로 평행이다.
도32는 도31의 일점쇄선(A2-A2)의 TFT 부분의 단면도를 나타내고, 도33은 도31의 일점쇄선(A3-A3)의 화소 전극 부분의 단면도를 나타낸다. TFT 기판(135)과 대향 기판(136)이 서로 어느 간극을 두고 평행으로 배치되어 있다. TFT 기판(135)과 대향 기판(136) 사이에 액정 재료(129)가 충전되어 있다. 액정 재료(129)는 부의 유전율 이방성을 가진다. 돌기물(117, 118)은 액정 재료(129)의 유전율보다도 작은 유전율을 갖는 재료로 형성되어 있다.
도32에 나타내는 바와 같이, 유리 기판(101)의 대향면 상에 게이트 버스 라인(105)이 형성되어 있다. 게이트 버스 라인(105)은 두께 100nm의 Al막과 두께 50nm의 Ti막을 스퍼터링에 의해 퇴적한 후, 이 2층을 패터닝해 형성된다. A1막과 Ti막의 에칭은 BCl3와 Cl2의 혼합 가스를 이용한 반응성 이온 에칭에 의해 한다.
게이트 버스 라인(105)을 덮도록 유리 기판(101) 상에 게이트 절연막(140)이 형성되어 있다. 게이트 절연막(140)은 두께 400nm의 SiN막이고, 플라즈마 여기형 화학 기상 성장(PE-CVD)으로 형성된다.
게이트 절연막(140)의 표면 상에 게이트 버스 라인(105)을 넘도록 활성 영역(141)이 배치되어 있다. 활성 영역(141)은 두께 30nm의 비도핑 비정질 Si막이고, PE-CVD으로 형성된다. 활성 영역(141)의 표면 중, 게이트 버스 라인(105)의 윗쪽의 영역을 채널 보호막(142)이 덮는다. 채널 보호막(142)은 두께 140nm의 SiN막이다. 채널 보호막(142)은 도31에 있어서 TFT(110)의 채널 영역을 덮도록 패터닝 되어 있다.
채널 보호막(142)의 형성은 하기의 방법으로 한다. 먼저 기판 전면에 형성한 SiN막의 표면을 포토레지스트막으로 덮는다. 게이트 버스 라인(105)을 포토마스크로서 이용하고, 유리 기판(101)의 배면으로부터 노광함으로써, 레지스트 패턴의, 도31의 행방향으로 평행인 가장자리를 획정할 수 있다. 도31의 열방향으로 평행인 가장자리는 통상의 포토마스크를 이용해 노광함으로써 획정한다.
포토레지스트막을 현상한 후, 완충불산계의 에쳔트를 이용해 에칭함으로써, SiN막을 패터닝한다. 또한 불소계 가스를 이용한 RlE에 의해서, SiN막을 패터닝해도 좋다. SiN막의 패터닝후, 레지스트 패턴을 제거한다. 여기까지의 공정에서 채널 보호막(142)이 형성된다.
활성 영역(141)의 표면 중, 채널 보호막(142)의 양측의 영역 상에, 각각 소스 전극(144) 및 드레인 전극(146)이 형성되어 있다. 소스 전극(144) 및 드레인 전극(146)은 공히 두께 30nm의+형 비정질 Si막, 두께 20nm의 Ti막, 두께 75nm의 Al막 및 두께 80nm의 Ti막이 이 순번으로 적층된 적층구조를 가진다. 게이트 버스 라인(105), 게이트 절연막(140), 활성 영역(141), 소스 전극(144) 및 드레인 전극(146)에 의해 TFT(110)가 구성된다.
활성 영역(141), 소스 전극(144) 및 드레인 전극(146)은 1개의 에칭 마스크를 이용해 패터닝된다. 이들 막의 에칭은 BC13과 C12의 혼합 가스를 이용한 RlE에 의해 한다. 이 때, 게이트 버스 라인(5)의 윗쪽에서는 채널 보호막(42)이 에칭 정지층으로서 작용한다.
보호 절연막(148) 상에 화소 전극(112)이 형성되어 있다. 화소 전극(112)은 두께 70nm의 인듐석 옥사이드(ITO)막이고, 보호 절연막(148)을 관통하는 콘택 홀(150) 내를 경유해 소스 전극(144)에 접속되어 있다. ITO막의 성막은 DC 마그네트론 스퍼터링에 의해 한다. ITO막의 패터닝은 수산계의 에쳔트를 이용한 웨트 에칭(wet etching)에 의해 한다. 화소 전극(112) 및 보호 절연막(148)을 배향막(128)이 덮는다.
다음에 대향 기판(136)의 구성에 대해서 설명한다. 유리 기판(127)의 대향면 상에 컬러 필터(151)가 형성되어 있다. 컬러 필터(151)의 표면의 TFT(110)에 대향하는 영역 상에 Cr 등으로 된 차광막(152)이 형성되어 있다. 차광막(152)을 덮도록 컬러 필터(151)의 표면 상에 ITO로 된 공통 전극(154)이 형성되어 있다. 공통 전극(154)의 표면을 배향막(128)이 덮는다.
도33에 나타내는 화소 전극 부분에 대해서 설명한다. 유리 기판(101)의 표면 상에 용량 버스 라인(108)이 형성되어 있다. 용량 버스 라인(108)은 도32에 나타내는 게이트 버스 라인(105)의 형성과 동일한 공정으로 형성된다. 용량 버스 라인(108)을 덮도록 유리 기판(101)의 표면 상에 게이트 절연막(140) 및 보호 절연막(148)이 형성되어 있다. 보호 절연막(148)의 표면 상에 화소 전극(112)이 형성되어 있다.
화소 전극(112)의 표면 상에 TFT측 돌기물(117)이 형성되어 있다. TFT측 돌기물(117)은 노볼락계의 포토레지스트를 도포하고, 이 레지스트막을 도31에 나타내는 바와 같이 패터닝함으로써 형성된다. TFT측 돌기물(117) 및 화소 전극(112)의 표면을 배향막(128)이 덮는다.
TFT 기판(135)에 대향하는 유리 기판(127)의 대향면 상에 컬러 필터(151)가 형성되어 있다. 컬러 필터(151)의 일부의 표면 상에 차광막(152)이 형성되어 있다. 차광막(152)을 덮도록 컬러 필터(151)의 표면 상에 공통 전극(154)이 형성되어 있다. 공통 전극(154)의 표면 상에 CF측 돌기물(118)이 형성되어 있다. CF측 돌기물(118)은 TFT측 돌기물(117)의 형성과 같은 방법으로 형성된다. CF측 돌기물(118) 및 공통 전극(154)의 표면을 배향막(128)이 덮는다.
도34를 참조하여 MVA형 액정 표시 장치의 동작 원리에 대해서 설명한다. TFT 기판(135) 및 대향 기판(136)의 외측에, 각각 편광판(131, 132)이 크로스니콜 배치되어 있다. 전압 무인가시에서는 액정 분자(130)가 기판 표면에 대해 수직으로 배향하기 때문에, 양호한 흑표시 상태가 얻어진다.
기판간에 전압을 인가한 상태에서는 파선(116)으로 나타내는 바와 같은 등전위면이 된다. 즉 돌기물(117, 118)의 유전율이 액정층의 유전율보다도 작기 때문에, 돌기물(117, 118)의 양 곁 근방에 있어서, 등전위면(116)이 돌기물 내에서 낮게 되도록 경사한다. 이 때문에, 돌기물(117, 118)의 측면 근방의 액정 분자(130a)가 등전위면(116)에 평행하게 되도록 기운다. 그 주위의 액정 분자(130)도 액정 분자(130a)의 경사에 영향을 받아 동일 방향으로 경사한다. 이 때문에, TFT측 돌기물(117)과 CF측 돌기물(118)의 사이의 액정 분자(130)는 그 장축(디렉터)이 도면에 있어서 오른쪽 위가 되도록 배열한다. TFT측 돌기물(117)보다도 좌측의 액정 분자(130) 및 CF측 돌기물(118)보다도 우측의 액정 분자(130)는 그 장축이 도면에 있어서 오른쪽 아래가 되도록 배열한다.
이와 같이 1화소 내에, 액정 분자의 경사 방향이 다른 도메인이 복수 개 획정된다. 돌기물(117, 118)은 도메인의 경계를 획정한다. TFT측 돌기물(117)과 CF측 돌기물(118)을 기판면 내에 관계하여 서로 평행으로 배치함으로써, 2종류의 도메인을 형성할 수 있다. 도31에 나타내는 바와 같이, 이들 돌기물을 90° 굴곡함으로써, 합계 4종류의 도메인이 형성된다. 1화소 내에 복수의 도메인이 형성됨으로써, 시각 특성을 개선할 수 있다.
상술의 MVA형 액정 표시 장치에 이용된 뚝형상의 돌기물(117, 118)은 레지스트 수지로 형성된다. 레지스트막의 패터닝 후에 열처리를 하면, 패턴의 어깨부가 용해하고, 그 단면 형상이 옛날의 활모양이 된다. 본원 발명자들은 돌기물의 단면 형상이 활모양이 됨으로써, 투과율이 저하하는 것은 아닌가하고 생각하였다. 신텍크사제의 2차원 시뮬레이션 프로그램 LCD 마스터를 이용하고, 돌기물의 단면 형상이 활모양의 경우와 구형의 경우에 대해, 5V 인가시의 투과율을 계산하였다.
도35a 및 도35b에, 각각 돌기물의 단면 형상이 활모양의 경우 및 구형의 경우의 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 또한 도35a에서는 활모양의 곡선부를 계단 형상의 꺾인 선으로 근사하였다. 이들 도면은 돌기물이 연재하는 방향으로 직교하는 단면을 나타내고, 도면 중의 가는 실선은 등전위면을 나타낸다. 각 단면도에 투과율의 면 내 분포를 파선으로 겹쳐서 나타내고 있다. 도면의 왼쪽 종축이 투과율을 단위%로 나타낸다. 이 경우의 투과율은 액정 셀의 양면에 배치된 편광판의 투과율을 가미하지 않은 값이다.
시뮬레이션 조건으로서, 돌기물의 비유전율을 3.0, 액정 분자의 장축 방향의 비유수전졸을 3.6, 장축에 직교하는 방향의 비유전율을 7.4로 하였다.
도35a에서는, 기판면을 따라 돌기물(117, 118)에 가까워짐에 따라서 투과율이 완만하게 저하하고 있다. 이것에 대해서, 도35b에서는 돌기물(117, 118)의 양 겨등랑이 근방까지 높은 투과율을 나타내고 있다. 즉 도35b의 경우에는 도35a의 경우에 비해서, 투과율이 거의 평면이 되는 영역이 넓다. 이 때문에, 도35b의 경우에는 면 내 평균 투과율이 높게 된다. 여기서 면 내 평균 투과율로는 각 위치의 투과율을, 기판면 내방향의 점유율로 가중치 평균화한 투과율을 의미한다. 또한 본 명세서에서는 면 내 평균 투과율을 단순히 투과율과 하는 경우가 있다.
도35a 및 도35b으로부터 알 수 있듯이, 돌기물(117, 118)의 단면 형상이 활모양이 되는 것이 투과율 저하의 1 요인이 되고 있다. 돌기물의 단면 형상을 구형(矩形)에 접근시킴으로써 투과율을 높일 수 있다.
실제로, 돌기물의 단면 형상이 다른 실시예10~14, 및 비교예4~6의 액정 표시 장치를 제작하고, 5V 인가시의 투과율을 측정하였다. 그 결과를 표1에 나타낸다. 또한 투과율의 측정은 오크사제의 스포트경 10㎛의 현미 분광기를 이용해 하였다.
표1에 나타내는 실시예 및 비교예에서는 제작한 액정 표시 장치의 구성은 도31~33에 나타내는 MVA형 액정 표시 장치와 같다. 실시예 및 비교예에서는 돌기물(117, 118)의 폭을 10㎛, 기판 법선 방향으로 보았을 때의 돌기물(117, 118)의 간격을 30㎛, 액정층의 두께를 4㎛로 하였다. 이용한 액정 재료는 메르크 사제의 MJ961213이고, 그 정상광선 굴절률 n0은 1.48, 이상광선 굴절근율 ne은 1.56이다. 이용한 배향막은 JSR사제의 JALS-684 이다.
실시예10에서 이용한 돌기물 재료는 아크릴 수지(JSR사제의 PC335)이다. 이하 실시예10의 돌기물의 형성 방법을 설명한다.
기판 표면 상에 아크릴 수지 조성물을 도포하고, 90℃로 30분간의 프리베이크를 한다. 노광, 현상후, 2분간의 세정을 한다. 에너지 밀도 300mJ/cm2의 자외선을 조사함으로써, 블리칭 처리를 한다. 그 후, 90℃에서 30분간의 제1회의 포스트베이크를 하고, 계속해서 200℃에서 60분간의 제2회의 포스트베이크를 한다.
실시예11~13에서 이용한 돌기물 재료는 아크릴 수지(산요가세제의 LC201)이다. 이하 실시예11~13의 돌기물의 형성 방법을 설명한다.
기판 표면 상에 아크릴 수지 조성물을 도포하고, 80℃에서 2분간의 프리베이크, 에너지 밀도 300mJ/cm2의 자외선 조사에 의한 블리칭 처리 및 200℃에서 60분간의 포스트 베이크를 한다. 스핀 도포시의 회전수를 조정함으로써, 소망하는 막 두께의 아크릴 수지막을 얻는다. 포스트베이크를 한 아크릴 수지막의 표면 상에 레지스트 패턴을 형성하고, 산소를 이용한 반응성 이온 에칭(RlE)에 의해 아크릴 수지막을 패터닝한다. 그 후, 레지스트 패턴을 제거한다. 이와 같이 포스트베이크를 한 후에 패터닝을 한다.
비교예4~6에서 이용한 돌기물 재료는 시프레이사제의 레지스트 수지 LC-200이다. 이하 비교예4~6의 돌기물의 형성 방법을 설명한다.
기판 표면 상에 레지스트막을 스핀 도포하고, 90℃에서 30분간의 프리베이크를 한다. 스핀 도포시의 회전수를 조정함으로써, 소망하는 막 두께의 레지스트막을 얻는다. 노광, 현상, 2분간의 세정을 한다. 그 후, 120℃에서 30분간의 제1회의 포스트베이크 및 200℃에서 60분간의 제2회의 포스트베이크를 한다.
도36a는 비교예4~6의 돌기물(117)의 단면도를 나타내고, 도36b는 실시예10의 돌기물(117)의 단면도를 나타내고, 도36c는 실시예11~13의 돌기물(117)의 단면도를 나타낸다. 비교예4~6의 돌기물(117)의 단면 형상이 거의 활모양인데 반해서, 실시예10의 돌기물(117)은 사다리꼴에 가까운 형상, 실시예11~13의 돌기물(117)은 장방형에 가까운 형상이었다.
비교예4~6의 경우에는, 돌기물(117)의 표면의, TFT 기판(135)의 표면에 접촉하는 점의 접한 평면의 경사각(접촉각) θ가 약 20° 이었다. 이것에 대해서, 실시예10의 경우의 접촉각 θ는 약 45°, 실시예11~13의 경우의 접촉각 θ는 약 80° 이었다.
실시예10과 비교예4는 돌기물을 형성하기 위한 수지 막 두께가 거의 동일하다. 양자를 대비하면, 실시예10의 돌기물 가장자리 및 돌기물 사이의 투과율이 비교예4의 그보다도 높은 것을 알 수 있다. 이것은 돌기물의 단면 형상이 구형에 가까워졌기 때문이라고 생각된다. 또 실시예11에서는 돌기물의 높이가 비교예4의 그보다도 낮음에도 불구하고, 돌기물 가장자리 및 돌기물 사이의 투과율이 향상되어 있다. 이것은 돌기물의 단면 형상이 보다 구형에 가까워졌기 때문이라고 생각된다. 실시예12 및 13도 각각 비교예5 및 6에 대해 같은 효과가 나타나고 있다.
또한 실시예의 경우에, 돌기물 내의 투과율이 낮게 되어 있는 것은 돌기물의 단면 형상이 구형에 가까워지면 양 곁의 막 두께가 두껍게 되기 때문에, 실효 전압이 저하하는 것에 의한다. 그러나 기판면 내의 돌기물 내의 영역의 점유율은 돌기물 가장자리 및 돌기물각의 그보다도 충분히 낮다. 이 때문에, 실시예의 면 내 평균 투과율의 쪽이 비교예의 면 내 평균 투과율보다도 높게 된다.
종래의 돌기물에 대해서, 투과율 향상의 유용한 효과를 얻기 위해서는 돌기물의 측면의, 기판 표면에로의 접촉각을 30° 이상으로 하는 것이 바람직하다.
비교예4~6를 대비하면, 돌기물을 높게 할 정도로 투과율이 향상 되어 있는 것을 알 수 있다. 그런데 레지스트 재료로 돌기물을 형성하는 경우에는 패터닝 후의 호스트베이크시에 막감소를 일으키기 때문에, 형성해야 할 돌기물의 높이보다도 2할 정도 두꺼운 레지스트막을 형성해 둘 필요가 있다. 두꺼운 레지스트막을 형성하기 위해서는 레지스트 조성물의 점도를 올리거나, 또는 스핀 도포시의 회전수를 내릴 필요가 있다. 그러나 레지스트 조성물의 점도를 올리거나, 회전수를 내리면, 도포성이 나쁘게 되기 때문에, 두꺼운 레지스트막을 재현성 좋게 형성하는 것이 곤란하다. 재현성 좋게 형성할 수 있는 막 두께의 상한은 약 1.6㎛이다.
이것에 대해서, 실시예10과 같이 아크릴 수지를 이용하는 경우에는 포스트베이크시의 막감소가 적다. 이 때문에, 두께 2.0㎛ 정도의 아크릴 수지막을 재현성 좋게 형성할 수 있다. 이에 따라 높은 돌기물을 형성하는 것이 가능해지고, 투과율을 높일 수 있다. 이와 같이 돌기물 재료로서 아크릴 수지를 이용하면, 돌기물의 단면 형상을 구형에 접근함과 동시에, 그 높이를 높게 할 수 있기 때문에, 투과율을 높이는 것이 가능해진다.
아크릴 수지를 이용하면, 돌기물의 저면의 폭에 대한 높이의 비(애스팩트 비)를 0.5 이상으로 하는 것이 가능하다. 이와 같이 애스팩트 비를 크게 하면, 실효　적인 개구 부분의 면적이 크게 되는 것에 의한 평균 투과율의 향상과, 돌기물 가장자리의 투과율이 향상하는 것에 의한 평균 투과율의 향상을 생각할 수 있다.
도35 및 도36에서는 돌기물의 단면 형상과 투과율의 관계에 대해서 고찰하였다. 액정 셀의 투과율에 영향을 줄 수 있는 요소로서, 돌기물 재료 자체의 투과 특성 및 돌기물과 액정 재료의 굴절률의 차이를 들 수 있다.
도37을 참조하여 돌기물 재료의 투과 특성이 액정 셀의 투과율에 영향을 미치는 이유를 설명한다.
도37a는 액정 셀의 돌기물(117) 및 그 근방의 평면도를 나타낸다. 2쌍의 편광판의 편광축(160, 161)이 서로 직교하고, 각각이 돌기물(117)의 직선 부분과 45°의 각도로 교차한다. 기판간에 전압을 인가하면 돌기물(117)의 양 곁 근방의 액정 분자(130a)이 돌기물(117)의 연재하는 방향과 직교하는 방향으로 경사한다.
돌기물(117)의 내 측에 위치하는 액정 분자는 양 곁의 액정 분자(130a)의 경사의 영향을 받아 스프레이 배향한다. 즉 돌기물(117)의 거의 중앙에 위치하는 액정 분자(130b)는 돌기물(117)의 연재하는 방향과 평행인 방향으로 경사한다. 돌기물(117)의 양 곁과 중앙의 중간에 위치하는 액정 분자(130c)의 경사 방향은 돌기물(117)의 연재하는 방향으로부터 45° 어긋나는 편향, 즉 편광축(160, 161)과 평행인 방향이다.
액정 분자의 경사 방향과 편광축이 45°의 각도를 이루는 영역의 액정층은 입사한 편광광을 선회시키기 때문에, 광이 출사측의 편광판을 투과한다. 액정 분자의 경사 방향과 편광축이 평행인 영역의 액정층은 입사한 편광광을 선회시키지 않기 때문에, 광이 출사측의 편광판을 투과하지 않는다.
도37b에, 전압 인가시의 휘도 분포를 나타낸다. 해치를 붙인 띠형상의 영역(162)이 어두워진다. 어두운 영역(162)은 도35a 및 도35B에 있어서, 돌기물(117)이 배치된 영역 내의 2개의 골짜기에 상당한다. 돌기물(117)의 중앙은 어느 정도 광을 투과시키기 때문에, 밝게 된다. 돌기물(117)의 재료 자체의 투과율이 낮은 경우에는 돌기물(117)의 중앙 부분의 휘도가 저하된다. 이 때문에, 평균 투과율이 저하된다. 돌기물(117)의 재료로서 투과율이 높은 것을 선택하면, 돌기물(117)의 중앙의 투과율을 높일 수 있다.
도38은 시프레이사의 레지스트 수지 LC-200 및 JSR사의 아크릴 수지 PC-335로 형성된 두께 1.5㎛의 수지막의 투과율의 파장 의존성을 나타낸다. 횡축은 파장을 단위nm로 나타내고, 세로축은 투과율을 단위%로 나타낸다. 도면 중의 실선(L1)은 아크릴 수지의 투과율을 나타내고, 실선(L2)은 레지스트 수지의 투과율을 나타낸다. 아크릴 수지의 투과율이 레지스트 수지의 투과율에 비해 높은 것을 알 수 있다. 따라서, 돌기물의 단면 형상이 동일한 경우에 있어서도, 돌기물을 아크릴 수지로 형성함으로써, 투과율을 높일 수 있다.
다음에 돌기물의 굴절률과 액정 재료의 굴절근율의 차가 투과율에 주는 영향에 대해서 설명한다.
도39a에 나타내는 바와 같이, TFT 기판(135)측으로부터 돌기물(117)로 비스듬하게 입사한 광선은 돌기물(117)과 액정 재료(129)의 계면에서 굴절한다. 돌기물(117)의 굴절률을 n1, 액정 재료(129)의 굴절률을 n2, 입사각을 θ1, 굴절각을 θ2로 하면,
sin θ1/sin θ2= n2/n1
이 성립한다. 일반적으로, 돌기물(117)의 굴절률 n1은 액정 재료의 굴절률 n2보다도 크다. 이 때문에, TFT 기판(135)측으로부터 액정층으로 경사 입사한 광선의 진행 방향은 기판면에 대해 더욱 더 경사진 방향으로 굴곡한다. 광선의 진행 방향과 기판 법선 방향이 이루는 각도가 크게 되면, 액정층의 리타데이션이나 편광판의 투과 특성이 소망하는 특성으로부터 어긋난다. 이 때문에, 콘트래스트나 투과율이 저하된다.
메르크 사제의 액정 재료의 MJ961213의 정상광선 굴절률은 1.48이고 이상광선 굴절률은 1.56이다. 양자의 평균 굴절률은 1.52있다. JSR제의 아크릴 수지 PC335의 굴절률은 1.55이고, 산요가세제의 아크릴 수지 LC201의 굴절률은 1.52이다. 이것에 대해서, 시프레이제의 레지스트 수지 LC-200의 굴절률 1.65이다. 이와 같이 아크릴 수지의 굴절률이 액정 재료의 평균 굴절률에 가깝다.
돌기물 재료로서 레지스트 수지를 이용한 경우에 비해서, 투과율 저하의 억제 효과를 얻기 위해서는 액정 재료의 평균 굴절률과 돌기물 재료의 굴절률의 차가 평균 굴절률의 4% 이하인 것이 바람직하다.
도39b는 돌기물(117)을 아크릴 수지로 형성한 경우의 광선의 굴절의 모양을 나타낸다. 돌기물(117)의 굴절률과 액정 재료(129)의 굴절률의 차가 작은 경우에는 입사각 θ1과 굴절각 θ2가 거의 동일하게 된다. 이 때문에, 돌기물(117)에 경사입사한 광선의 진행 방향이 보다 비스듬해지는 것을 회피할 수 있다. 이에 따라 콘트래스트의 저하나 투과율의 저하를 억제할 수 있게 된다.
다음에 액정층 내에 분산된 스페이서와 투과율의 관계에 대해서 설명한다. 화소내 스페이서가 존재하는 영역은 복굴절성을 나타내지 않는다. 편광판을 크로스니콜 배치하고 있는 경우에는 스페이서가 존재하는 영역을 광이 투과하지 않는다. 또 스페이서 주변의 액정 분자의 배향이 흐트러지기 때문에, 이 영역의 투과율이 저하한다. 이들 이유에 의해서, 평균 투과율이 저하되어 버린다. 이하에 나타내는 실시예는 스페이서에 기인하는 평균 투과율의 저하를 경감하려고 하는 것이다.
도40a는 화소의 일부분의 평면도를 나타낸다. 2개의 CF측 돌기물(118) 사이에 TFT측 돌기물(117)이 배치되어 있다. TFT측 돌기물(117)이 배치된 영역 내에, CF측 스페이서 돌기물(118a)이 이산적으로 배치되어 있다. CF측 돌기물(118)이 배치된 영역 내에, TFT측 스페이서 돌기물(117a)이 이산적으로 배치되어 있다.
도40b는 도40a의 일점쇄선(B10-B10)의 단면도를 나타낸다. CF측 스페이서 돌기물(118a)은 CF측 돌기물(118)과 동일 공정으로 형성된다. 즉 CF측 스페이서 돌기물(118a)의 재료 및 높이, CF측 돌기물(118)의 재료 및 높이와 동일하다. TFT측 스페이서 돌기물(117a)도 마찬가지로, TFT측 돌기물(117)과 동일 공정으로 형성된다.
CF측 스페이서 돌기물(118a)은 그 정상에서 대향하는 TFT측 돌기물(117)에, 배향막을 사이에 두고 접촉하고 있다. 또한 도면에서는 배향막을 명시하고 있지 않다. TFT측 스페이서 돌기물(117a)은 그 정상에서 대향하는 CF측 돌기물(118)에, 배향막을 사이에 두고 접촉하고 있다. 이와 같이 스페이서 돌기물이 대향하는 돌기물에 접촉함으로써, 기판간의 간극이 일정하게 유지된다. 돌기물(117, 118)이 배치되어 있지 않은 영역에 스페이서를 배치할 필요가 없기 때문에, 스페이서에 기인하는 투과율의 저하를 방지할 수 있다.
표1에 나타내는 실시예12와 같은 구성을 갖고, 또한 도40의 스페이서 돌기물(117a, 118a)을 형성한 액정 표시 장치를 제작하였다. 이 액정 표시 장치의 투과율은 돌기물 가장자리에 있어서 27.11%, 돌기물 사이에 있어서 28.11%였다. 이 값은 모두 실시예12의 값보다도 높다. 이와 같이 스페이서 돌기물을 형성하고, 스페이서를 화소 내에 분산시키지 않는 구성으로 함으로써, 투과율을 높일 수 있다. 또 스페이서 돌기물(117a, 118a)을 각각 돌기물(117, 118)과 동일 공정으로 형성하기 때문에, 공정 수가 증가하는 일도 없다.
여기까지는 액정 표시 장치의 투과율에 대해서 설명해 왔다. 다음에 응답 속도에 대해서 설명한다.
도34에 있어서, 돌기물(117, 118)의 중간에 위치하는 액정 분자의 경사 방향은 액정층 내의 전위 분포에 의해 직접적으로 결정되는 것이 아니라, 돌기물(117, 118)의 양 곁 근방에 위치하는 액정 분자의 경사 방향의 영향을 받는 것에 의해서, 간접적으로 결정된다. 이 때문에, 돌기물(117, 118)의 양 곁 근방의 액정 분자가 소정 방향으로 경사하고 나서, 양자의 중간에 위치하는 액정 분자의 경사 방향이 소정의 방향을 향하기까지, 어느 정도의 지연이 발생한다. 이 지연이 응답 속도의 저하로 이어진다.
돌기물(117, 118)의 간격을 좁힘으로써, 응답 속도를 높일 수 있다고 기대된다. 표1에 나타내는 실시예10~13에서는 돌기물(117, 118)의 폭을 10㎛로 하고, 그 간격을 30㎛로 하였다. 상기 가설을 검증하기 위해서, 돌기물(117, 118)의 폭을 2㎛로 하고, 간격을 6㎛로 한 실시예14의 액정 표시 장치를 제작하였다. 실시예14의 돌기물(117, 118)의 구성은 실시예13의 것과 같다.
오오쓰카 전자제의 스포트경 1mm의 휘도계를 이용해 응답 속도를 측정하였다. 응답 속도는 전압을 인가하고 나서 투과율이 그 포화값의 90%에 달할 때까지의 시간이라고 정의하였다. 인가 전압을 0V으로부터 3V, 0V으로부터 4V 및 0V으로부터 5V로 변화시켰을 때의, 실시예13의 액정 표시 장치의 응답 속도는 각각 60.87ms, 32.39ms 및 21.55mm이었다. 이것에 대해서, 실시예14의 액정 표시 장치의 응답 속도는 각각 33.97ms, 14.76ms 및 9.48ms였다. 돌기물의 간격을 좁히는 것에 의해서, 응답 속도의 향상을 기하고 있는 것을 알 수 있다.
돌기물의 재료로서 종래와 같이 레지스트 재료를 사용하는 경우에는 도35a에 나타내는 바와 같이, 돌기물(117, 118)의 양 곁 근방의 투과율이 저하되고, 최대 투과율을 나타내는 영역이 좁게 된다. 투과율의 평평한 영역을 확보하기 위해서는 돌기물(117, 118)의 간격을 20㎛ 이상 확보하는 것이 바람직하다. 이것에 대해서, 도35b의 경우에는 돌기물(117, 118)의 간격을 15㎛ 이하로 해도, 투과율의 평평한 영역을 확보할 수 있다. 돌기물(117, 118)의 간격을 15㎛ 이하로 함으로써, 종래의 구성에서는 실현하기 곤란했던 빠른 응답 속도를 실현할 수 있게 된다.
또 제조상의 제약으로부터, 돌기물(117, 118)의 폭을 2㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다. 돌기물(117, 118)의 폭을 2㎛로 한 경우에, 돌기물(117, 118)의 폭을 10㎛, 양자의 간격을 30㎛로 한 액정 표시 장치와 동등의 투과율을 확보하기 위해서, 양자의 간격을 6㎛ 이상으로 하는 것이 바람직하다.
도41은 다른 실시예에 의한 TFT 기판(135)의 개략 평면도를 나타낸다. TFT 기판(135)의 대향면 상에 도31에 나타내는 MVA형 액정 표시 장치와 같은 TFT측 돌기물(117)이 형성되어 있다. 또한 TFT 기판(135)의 대향면의 내심부를 둘러 싼 선을 따라, 주변 돌기물(117b)이 형성되어 있다. 주변 돌기물(117b), 예를 들면 TFT 기판(135)의 가장자리를 따라 배치된다. 또 주변 돌기물(117b)은 TFT측 돌기물(117)의 형성 공정과 동일한 공정으로 형성된다. 주변 돌기물(117b)보다도 외측에 씨일 부재(165)가 배치되어 있다.
적하주입법을 이용해 액정 재료를 충전하는 경우에, 주변 돌기물(117b)이 액정 재료의 흐름을 막아서 멈춘다. 이 때문에, 액정 재료가 씨일 부재(165)에 접하는 것을 방지할 수 있고, 씨일 부재(165)에 의한 액정 재료의 오염을 방지할 수 있다.
본 발명은 기판 표면에 형성한 뚝형상 돌기물을 이용해 전압 인가시의 액정 분자의 경사 방향을 제어하는 수직 배향형의 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 휘도를 개선할 수 있는 액정 표시 장치의 구조 및 그 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 의한 액정 표시 장치의 제조 방법에 의하면, 뚝형상 돌기물이 형성된 영역 상의 배향막의 수직 배향 규제력을 뚝형상 돌기물 간극부의 수직 배향 규제력에 대해 선택적으로 약하게 함으로써, 뚝형상 돌기물 상의 액정 분자가 전압 인가시에 경사하기 쉬워진다. 이에 따라 뚝형상 돌기물 형성 영역의 투과광을 증가할 수 있고, 그 결과, MVA 방식의 액정 표시 장치의 휘도를 개선할 수 있다.

Claims (30)

  1. 제1 전극과, 상기 제1 전극 상에 형성되고 구동 전압을 인가하지 않을 때에 액정 분자를 막면에 수직인 방향으로 배향하는 제1 배향막을 갖는 제1 기판과; 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극과, 상기 제2 전극 상에 형성되고 상기 구동 전압을 인가하지 않을 때에 액정 분자를 막면에 수직 방향으로 배향하는 제2 배향막을 갖는 제2 기판과; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 봉입된 부의 유전율 이방성을 지닌 액정층을 구비한 액정 표시 장치로서,
    상기 제1 전극과 상기 제1 배향막 사이 및/또는 상기 제2 전극과 상기 제2 배향막 사이에, 상기 구동 전압을 인가했을 때의 액정 분자의 경사 방향을 규제하는 돌기물을 갖고,
    상기 제1 배향막 및/또는 상기 제2 배향막은 상기 돌기물이 형성된 영역의 수직 배향 규제력이 상기 돌기물이 형성되어 있지 않은 영역의 수직 배향 규제력보다도 약하게 된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배향막 및/또는 상기 제2 배향막은 상기 돌기물이 형성된 영역의 막 두께를 상기 돌기물이 형성되어 있지 않은 영역의 막 두께보다도 얇게 함으로써, 상기 돌기물이 형성된 영역의 수직 배향 규제력이 약하게 된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 배향막 및/또는 상기 제2 배향막은 상기 돌기물이 형성된 영역에 상기 배향막이 형성되어 있지 않은 미세한 영역을 산재함으로써, 상기 돌기물이 형성된 영역의 수직 배향 규제력이 약하게 된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 액정을 구동하기 위한 능동 소자와, 상기 능동 소자에 의해 구동 전압이 인가되는 화소 전극과, 상기 화소 전극 상에 형성되고 상기 구동 전압을 인가하지 않을 때에 액정 분자를 막면에 수직인 방향으로 배향하는 배향막을 갖는 기판으로서,
    상기 화소 전극과 상기 배향막 사이에 상기 구동 전압을 인가했을 때의 액정 분자의 경사 방향을 규제하는 돌기물을 갖고,
    상기 배향막은 상기 돌기물이 형성된 영역의 수직 배향 규제력이 상기 돌기물이 형성되어 있지 않은 영역의 수직 배향 규제력보다도 약하게 된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판.
  5. 공통 전극과, 상기 공통 전극 상에 형성되고 구동 전압을 인가하지 않을 때에 액정 분자를 막면에 수직 방향으로 배향하는 배향막을 갖는 기판으로서,
    상기 공통 전극과 상기 배향막 사이에 상기 구동 전압을 인가했을 때의 액정 분자의 경사 방향을 규제하는 돌기물을 갖고,
    상기 배향막은 상기 돌기물이 형성된 영역의 수직 배향 규제력이 상기 돌기물이 형성되어 있지 않은 영역의 수직 배향 규제력보다도 약하게 된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치용 기판.
  6. 표면에 수직 배향처리를 행한 1쌍의 기판간에 부의 유전율 이방성을 지닌 액정층이 봉입된 액정 표시 장치의 제조 방법으로서,
    기판 상에 액정 분자의 경사 방향을 규제하는 돌기물을 형성하는 공정과,
    상기 돌기물이 형성된 상기 기판 상에, 상기 돌기물이 형성된 영역의 수직 배향 규제력이 상기 돌기물이 형성되어 있지 않은 영역의 수직 배향 규제력보다도 약한 배향막을 형성하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 배향막을 형성하는 공정에서는, 상기 돌기물 상의 배향막의 막 두께가 상기 돌기물이 형성되어 있지 않은 영역의 막 두께보다도 얇은 상기 배향막을 형성함으로써, 상기 돌기물이 형성되어 있지 않은 영역의 수직 배향 규제력을 약하게 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 배향막을 형성하는 공정에서는, 상기 돌기물 상에 상기 배향막이 형성되어 있지 않은 미세한 영역이 산재하는 상기 배향막을 형성함으로써, 상기 돌기물이 형성되어 있지 않은 영역의 수직 배향 규제력을 약하게 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 배향막을 형성하는 공정은 수직 배향 규제력이 거의 균일한 배향막을 형성하는 공정과, 상기 돌기물이 형성된 영역의 상기 배향막에 선택적으로 자외선을 조사함으로써 상기 돌기물이 형성된 영역의 수직 배향 규제력을 약하게 하는 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 배향막을 형성하는 공정 후에, 상기 배향막의 전체의 수직 배향 규제력을 약하게 하는 처리를 하는 공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 돌기물을 형성하는 공정 후에, 상기 돌기물의 표면 장력을 높이는 공정을 더 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제1 전극과, 상기 제1 전극 상에 형성되고 구동 전압을 인가하지 않을 때에 액정 분자를 막면에 수직인 방향으로 배향하는 제1 배향막을 갖는 제1 기판과; 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극과, 상기 제2 전극 상에 형성되고 상기 구동 전압을 인가하지 않을 때에 액정 분자를 막면에 수직 방향으로 배향하는 제2 배향막을 갖는 제2 기판과; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 봉입된 부의 유전율 이방성을 지닌 액정층을 구비한 액정 표시 장치로서,
    상기 제1 전극과 상기 제1 배향막 사이 및/또는 상기 제2 전극과 상기 제2 배향막 사이에 상기 구동 전압을 인가했을 때의 액정 분자의 경사 방향을 규제하는 돌기물을 갖고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 상기 구동 전압을 인가했을 때에, 상기 돌기물이 형성된 영역의 상기 액정층에 인가되는 전압이 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그 이하가 되도록 제어되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 돌기물에 의한 전압 강하에 의해서, 상기 돌기물이 형성된 영역의 상기 액정층에 인가되는 상기 전압이 제어되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 돌기물의 높이 및/또는 유전율에 의해서, 상기 돌기물이 형성된 영역의 상기 액정층에 인가되는 상기 전압이 제어되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 제1 배향막 및/또는 상기 제2 배향막에 의한 전압 강하에 의해서, 상기 돌기물이 형성된 영역의 상기 액정층에 인가되는 상기 전압이 제어되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1 배향막 또는 상기 제2 배향막의 막 두께 및/또는 유전율에 의해서, 상기 돌기물이 형성된 영역의 상기 액정층에 인가되는 상기 전압이 제어되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  17. 제15항에 있어서,
    상기 제1 배향막 또는 상기 제2 배향막은 상기 돌기물이 형성된 영역의 막 두께가 다른 영역보다도 두껍게 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 제1 배향막 또는 상기 제2 배향막은 상기 돌기물이 형성된 영역의 막 두께가 다른 영역보다도 두껍게 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  19. 제12항에 있어서,
    상기 돌기물이 형성된 영역의 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막의 수직 배향능을 다른 영역의 상기 제1 배향막 및 상기 제2 배향막의 수직 배향능보다도 높게 함으로써, 상기 돌기물이 형성된 영역의 액정 임계치 전압이 다른 영역의 액정 임계치 전압보다도 높게 된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  20. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 돌기물 사이 및/또는 상기 제2 전극과 상기 돌기물 사이에 고저항 전극층을 더 갖고,
    상기 고저항 전극층에 의한 전압 강하에 의해서, 상기 돌기물이 형성된 영역의 상기 액정층에 인가되는 상기 전압이 제어되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  21. 제12항에 있어서,
    상기 돌기물이 형성된 영역의 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극이 고저항화되어 있고, 고저항화된 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극 영역의 전압 강하에 의해 상기 돌기물이 형성된 영역의 상기 액정층에 인가되는 상기 전압이 제어되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  22. 제1 전극과, 상기 제1 전극 상에 형성되고 구동 전압을 인가하지 않을 때에 액정 분자를 막면에 수직인 방향으로 배향하는 제1 배향막을 갖는 제1 기판과; 상기 제1 전극과 대향하는 제2 전극과, 상기 제2 전극 상에 형성되고 상기 구동 전압을 인가하지 않을 때에 액정 분자를 막면에 수직 방향으로 배향하는 제2 배향막을 갖는 제2 기판과; 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 봉입된 부의 유전율 이방성을 지닌 액정층과; 상기 제1 전극과 상기 제1 배향막 사이 및/또는 상기 제2 전극과 상기 제2 배향막 사이에, 상기 구동 전압을 인가했을 때의 액정 분자의 경사 방향을 규제하는 돌기물을 구비한 액정 표시 장치의 전압 제어 방법으로서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 상기 구동 전압을 인가했을 때에 상기 돌기물이 형성된 영역의 상기 액정층에 인가되는 전압이 액정 임계치 전압과 거의 같은 정도 또는 그 이하가 되도록, 상기 돌기물이 형성된 영역의 상기 액정층에 인가되는 상기 전압을 제어하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 전압 제어 방법.
  23. 어떤 간격을 사이에 두고 서로 평행이 되도록 대향 배치된 제1 및 제2 기판과,
    상기 제1 및 제2 기판 사이에 충전되고, 부의 유전율 이방성을 지닌 액정 재료와,
    상기 제1 기판 및 제2 기판의 대향면에 각각 형성되고, 화소를 획정하는 제1 전극 및 제2 전극과,
    상기 제1 전극의 표면 상에 형성된 뚝형상의 제1 돌기물로서, 상기 제1 돌기물의 측면의 상기 제1 전극의 표면에 대한 접촉각이 30˚ 이상인 제1 돌기물과,
    상기 제2 기판의 대향면 상에 형성되고, 상기 제1 돌기물과 함께 액정 분자의 경사 방향이 일치한 도메인의 경계의 위치를 규제하는 도메인 경계 규제 수단과,
    상기 제1 기판의 대향면 상에 상기 제1 전극 및 제1 돌기물을 덮도록 형성되고, 상기 액정 재료 중의 액정 분자를 수직 배향시키는 제1 배향막과,
    상기 제2 기판의 대향면 상에 상기 제2 전극 및 상기 도메인 경계 규제 수단을 덮도록 형성되고, 상기 액정 재료 중의 액정 분자를 수직 배향시키는 제2 배향막을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 액정 재료의 정상광선 굴절률과 이상광선 굴절률의 평균 굴절률과 상기 제1 돌기물의 굴절률의 차가 상기 평균 굴절률의 4% 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  25. 제23항에 있어서,
    상기 제1 기판의 대향면 상에 형성되고, 상기 제1 기판의 대향면의 내심부를 둘러 싼 선을 따라 배치되고, 상기 제1 돌기물과 동일한 재료로 형성된 뚝형상의 제2 돌기물을 더 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  26. 제24항에 있어서,
    상기 제1 기판의 대향면 상에 형성되고, 상기 제1 기판의 대향면의 내심부를 둘러 싼 선을 따라 배치되고, 상기 제1 돌기물과 동일한 재료로 형성된 뚝형상의 제2 돌기물을 더 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  27. 어떤 간격을 사이에 두고 서로 평행이 되도록 대향 배치된 제1 및 제2 기판과,
    상기 제1 및 제2 기판 사이에 충전되고, 부의 유전율 이방성을 지닌 액정 재료와,
    상기 제1 기판 및 제2 기판의 대향면에 각각 형성되고, 화소를 획정하는 제1 전극 및 제2 전극과,
    상기 제1 전극의 표면 상에 형성된 뚝형상의 제1 돌기물로서, 상기 제1 돌기물의 저면의 폭에 대한 높이의 비가 0.5 이상인 제1 돌기물과,
    상기 제2 기판의 대향면 상에 형성되고, 상기 제1 돌기물과 함께 액정 분자의 경사 방향이 일치한 도메인의 경계의 위치를 규제하는 도메인 경계 규제 수단과,
    상기 제1 기판의 대향면 상에 상기 제1 전극 및 제1 돌기물을 덮도록 형성되고, 상기 액정 재료 중의 액정 분자를 수직 배향시키는 제1 배향막과,
    상기 제2 기판의 대향면 상에 상기 제2 전극 및 상기 도메인 경계 규제 수단을 덮도록 형성되고, 상기 액정 재료 중의 액정 분자를 수직 배향시키는 제2 배향막을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  28. 제27항에 있어서,
    상기 액정 재료의 정상광선 굴절률과 이상광선 굴절률의 평균 굴절률과 상기 제1 돌기물의 굴절률의 차가 상기 평균 굴절률의 4% 이하인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  29. 어떤 간격을 사이에 두고 서로 평행이 되도록 대향 배치된 제1 및 제2 기판과,
    상기 제1 및 제2 기판 사이에 충전되고, 부의 유전율 이방성을 지닌 액정 재료와,
    상기 제1 기판 및 제2 기판의 대향면에 각각 형성되고, 화소를 획정하는 제1 전극 및 제2 전극과,
    상기 제1 전극의 표면 상에 아크릴계 고분자 재료로 형성된 뚝형상의 제1 돌기물과,
    상기 제2 기판의 대향면 상에 형성되고, 상기 제1 돌기물과 함께 액정 분자의 경사 방향이 일치한 도메인의 경계의 위치를 규제하는 도메인 경계 규제 수단과,
    상기 제1 기판의 대향면 상에 상기 제1 전극 및 제1 돌기물을 덮도록 형성되고, 상기 액정 재료 중의 액정 분자를 수직 배향시키는 제1 배향막과,
    상기 제2 기판의 대향면 상에 상기 제2 전극 및 상기 도메인 경계 규제 수단을 덮도록 형성되고, 상기 액정 재료 중의 액정 분자를 수직 배향시키는 제2 배향막을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 도메인 경계 규제 수단이 뚝형상의 제2 돌기물이고,
    상기 제2 기판의 대향면 상에 형성된 제3 돌기물로서, 기판 법선 방향으로 보아 상기 제1 돌기물에 겹치는 영역 내에 이산적으로 배치되고, 상기 제2 돌기물과 동일한 재료로 형성되고, 상기 제3 돌기물의 정상에 상기 제1 배향막과 제2 배향막이 접촉하는 제3 돌기물을 더 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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