KR20010094942A

KR20010094942A - 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20010094942A
Application number: KR1020010008192A
Authority: KR
Inventors: 도미오까야스시; 오끼시로겐지; 우메다요시유끼; 오아꾸히또시; 곤도우가쯔미
Original assignee: 가나이 쓰토무; 가부시키가이샤 히타치세이사쿠쇼
Priority date: 2000-03-30
Filing date: 2001-02-19
Publication date: 2001-11-03
Also published as: US6704082B2; US20040165132A1; JP2001281671A; US20010048498A1; US6943861B2; TWI302620B

Abstract

IPS 방식의 액정 표시 장치에 있어서, 화상의 소인, 잔상 현상을 저감시키고, 표시 얼룩 발생을 방지할 수 있다.

적어도 한쪽이 투명한 한쌍의 기판과 그 기판 사이에 협지된 액정층과, 한쪽 기판에 화소 전극 및 공통 전극 및 능동 소자와, 각 기판 상에 형성된 배향 제어막과 편광판으로 이루어지는 액정 표시 장치로, 한쌍의 배향 제어막을 상대 이미드화율을 60% 이상의 폴리아민산계 또는 폴리아민산에스테르계의 유기 고분자로 하고, 또한 전극군이 형성되어 있는 기판측의 배향 제어막과 그 밑에 있는 화소 전극 및 공통 전극사이에 적어도 한층 이상의 절연막을 개재시켜 전극 단부를 평탄화하여 전계의 집중을 완화시켜 화상의 소인 및 잔상 발생을 방지한다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 액티브 매트릭스형 액정 표시 장치에 관한 것이다.

통상, 액정 표시 장치의 표시는 한쌍의 기판사이에 끼워진 액정층의 액정 분자에 전계를 인가함으로써 액정 분자의 배향 방향을 변화시키고, 그에 따라 생긴 액정층의 광학 특성의 변화에 따라 행해진다.

종래의 액티브 구동형 액정 표시 장치는 액정을 협지하는 한쌍의 기판 각각에 전극을 설치하고, 액정에 인가하는 전계의 방향이 기판 계면에 거의 수직이 되도록 설정되고, 액정의 빛선광성을 이용하여 표시를 행하는 트위스티드네마틱(TN) 표시 방식으로 대표된다. 이 TN 방식의 액정 표시 장치에서는 시야각이 좁은 것이 최대의 과제로 되어 있다.

한편, 빗살 무늬 전극을 이용하여 발생하는 전계가 기판면에 거의 평행한 성분을 갖도록 하여 액정을 거의 면 내에서 회전 이동작시키고, 액정의 복굴절성을 이용하여 표시를 행하는 인-플레인·스위칭(In-Plane Switching : IPS) 방식이 USP. 4, 345, 249호, WO91/10936호에 의해 개시되어 있다. 이 IPS 방식은 액정 분자의 면내 스위칭에 기인하여 종래의 TN 방식에 비교하여 광 시야각이고, 저 부하 용량 등의 이점이 있어, TN 방식에 대신하는 새로운 액정 표시 장치로서 유망시되어 최근 급속히 진보하고 있는 기술이다. 또한, 전압을 인가하는 적어도 어느 한쪽의 전극을 투명 도전막으로 구성함으로써, 투과율을 향상시킨 IPS 방식도 특개평9-73101호 공보에 의해 개시되어 있다. 이러한 시각 특성(휘도 콘트라스트비, 계조·색조 반전)에 우수하며, 밝은 액정 표시 장치는 표시 영역이 큰 모니터나 텔레비전등에 적당한 유력한 기술이다.

그러나, 상술된 바와 같이 표시 성능이 우수한 IPS 방식의 액정 표시 장치라도, 장시간 사용하면 표시 얼룩짐이나 잔상이라고 하는 화상의 소인 등의 표시 불량이 발생하는 경우가 있다. 특히, 이 화상의 소인, 잔상의 문제는 장시간의 동일 패턴 표시를 행한 후에 다른 표시 패턴을 표시시킨 경우에, 그것까지 표시되어 있던 표시 패턴이 동시에 표시되는 현상으로서 인식되고, 액정 디스플레이의 성능을 저하시키는 요인 중 하나로 되어 있다.

이 잔상 현상의 발생 기구는 분명하지 않지만 종래의 TN형 액정 표시 장치에서의 이들 잔상·소인 표시 불량의 발생은 각 화소의 액정 배향 제어막 계면에 배향 제어막 그 자체 또는 그 막 표면에의 이온성 성분의 흡착 등에 의해 직류 전하가 축적되며, 실효적인 전압이 변화하는 것에 따른 것이라고 생각되어진다. 즉, 화소 전극 상의 배향 제어막, 또는 액정·배향 제어막의 계면에서 전압 인가시의 전위가 응답 시간 내에 해소되지 않고 보유·잔류됨으로써 액정층에 걸리는 실효적인 전압이 변화하기 때문에 발생한다. TN 방식으로는 이러한 잔상 현상과 잔류 직류 전압 성분과의 상관 관계가 검토되어, 현재는 잔류 직류 전압이 저감될수록 잔상 현상이 개량되는 것을 알 수 있다. 그 때문에, 종래의 TN 방식의 배향 제어막에는 직류 전하가 축적되기 어려운 성질, 즉 잔류 직류 전압 성분이 적은 배향 제어막이 요구되고 있다. 예를 들면, 특개평8-54631호 공보에 기재된 TN 방식의 액정 표시 장치에 관한 공지 기술로는 잔상의 원인을 구동상 발생시키는 직류 전압에 의해 액정 중의 이온성 불순물이 배향 제어막에 흡착되어 전계가 축적되기 때문이라고 생각하며, 배향 제어막에 축적된 전계를 완화시키기 위해 저저항의 배향 제어막을 이용하는 방법이 제안되고 있다.

한편, IPS 방식에서도 상술된 TN 방식과 같이 생각하며 이하와 같은 잔상을 억제하는 기술이 제안되고 있다. 예를 들면, 특개평7-181439호 공보에 기재된 공지 기술에서는 IPS 방식에서의 잔상의 원인을 액정 분자의 쌍극자가 배향 제어막에 분극을 유발시키기 때문이라고 생각하며, 배향 제어막에 유발되는 분극을 저감시키기 위해 액정 분자 내의 치환기의 쌍극자 모멘트를 3 디바이스 이하로 하여 잔상을 억제하는 방법이 제안되고 있다. 또한, 특개평7-159786호 공보에 기재된 IPS 방식의 액정 표시 장치에 관한 공지 기술에서는 액정층이나 배향 제어막, 절연막 내에 생긴 분극에 의한 전하를 빠르게 완화시키기 위해 표면 저항의 값이 3.3×10¹¹∼2.5×10¹⁸Ω/㎠의 범위인 배향 제어막이나 절연막을 이용하는 방법이나, 액정, 배향 제어막, 절연막 각각의 유전율과 저항율의 곱으로 표시되는 완화 시간의 상대적 관계를 규정하여 잔상을 저감시키는 방법이 제안되고 있다. 또한, 특개평10-123526호 공보에 기재된 IPS 방식의 액정 표시 장치에 관한 공지 기술로는 액정에 전계를 인가하기 위한 전극군이 형성된 기판에 대향하는 기판측의 배향 제어막을 이온 흡착성이 높은 배향 제어막으로 함에 따라 잔상을 저감시키는 방법이 제안되고 있다.

상술된 바와 같이 종래 TN 방식에서 잔상 현상과 상관이 있던 잔류 직류 전압을 IPS 방식에 대해서도 검토한 바,

(1) 잔상이 발생하는 액정 표시 소자와 발생하지 않는 것과의 잔류 직류 전압치에 유의한 차가 거의 없는 것,

(2) 이 IPS 방식으로는 화상의 소인이 반영구적으로 지속하여 흑 레벨의 저하나 콘트라스트의 현저한 저하를 야기하는 것이 있는 것,

을 알 수 있었다.

또한, 잔상, 소인 영역의 액정의 배향 방향을 조사하면, 초기에 설정한 배향 방향으로부터 구동 시의 배향 방향으로 미묘한 크기의 각도만 회전하는 경우도 있고, 초기 배향 방향에 완전히 되돌아가지 못하고, 콘트라스트 저하 및 인접 화소 사이에서 계조 반전등을 야기하여 화질의 저하를 초래하는 것을 알 수 있었다.

이상의 점에서, IPS 방식의 잔상, 소인 현상은 종래의 TN 방식과는 완전히 다른 IPS 방식 고유의 잔상 메카니즘에 기초한다고 생각되어지고, 액정을 기판면 내에서 동작시켜 액정의 복 굴절성을 이용하여 표시를 행하는 IPS 방식 특유의 화상의 소인, 잔상 문제의 해결이 요구되고 있다. 또한, 투명한 전극을 이용하여 전극면 상의 액정의 동작도 화상 표시에 이용하는 고투과형의 IPS 방식 액정 표시 장치에서도, 동등 이상의 잔상 문제가 발생하며, 이들 잔상의 대책 방법이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 액정을 거의 면 내에서 회전 동작시켜 액정의 복 굴절성을 이용하여 표시를 행하는 IPS 방식을 이용한 액정 표시 장치에 있어서, 화상의 소인, 잔상 현상에 따른 표시 얼룩이 적은 고화질의 액정 표시 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 다른 목적은 양산성에 우수한 고화질의 액정 표시 장치를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 액정 표시 장치의 하나의 실시예에 따르면, 적어도 한쪽 기판에 화소 전극 및 공통 전극 및 능동 소자를 배치하고, 화소 전극 및 공통 전극 사이에 전압을 거는 것에 의해 액정층의 액정을 제어하여 표시를 행하고, 한쌍의 기판 상의 액정층에 접촉하는 각각의 면상에 형성된 한쌍의 배향 제어막이, 상대 이미드화율 60% 이상의 폴리아민산계 또는 폴리아민산에스테르계의 유기 고분자라고 하는 것이다.

배향 제어막의 상대 이미드화율은 약 70% 이상의 폴리아민산계 또는 폴리아민산에스테르계의 유기 고분자가 바람직하다.

또한, 아민산에스테르계의 유기 고분자가 메틸에스테르기, 에틸에스테르기, 프로필에스테르기 중 적어도 일종 이상을 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명의 액정 표시 장치의 다른 실시예에 따르면, 적어도 한쪽 기판에 화소 전극 및 공통 전극 및 능동 소자를 배치하고, 화소 전극 및 공통 전극 사이에 전계를 인가함으로써 액정층의 액정을 제어하여 표시하고, 한쌍의 기판 상의 액정층에 접촉하는 각각의 면 상에는 한쌍의 배향 제어막이 형성되며, 전극이 형성되어 있는 기판측의 배향 제어막과, 화소 전극 또는 공통 전극 중 배향 제어막에 가까운 전극사이에 적어도 1층 이상의 절연막을 개재하는 것이다.

또한, 절연막의 두께 T가 화소 전극과 공통 전극의 간격 L의 1/4 이상의 두께라는 것이다. 또한, 절연막의 두께 T가 화소 전극과 공통 전극의 간격 L의 1/2이상의 두께이면 더욱 좋다. 또한, 절연막의 유전율 ε_PAS의 크기가 액정층의 평균 유전율 ε_LC이하인 것이 바람직하다. 여기서, 액정층의 평균 유전율 ε_LC는 액정층의 공간 평균한 유전율로서,

ε_LC=(ε∥+2ε⊥)/3

ε∥는 액정의 배향 벡터, 분자축으로 평행한 성분, ε⊥는 액정의 배향 벡터, 분자축으로 수직인 성분으로서 구할 수 있는 값이다.

또한, 이 액정 표시 장치는 표시 영역 내에서의 화소 전극과 공통 전극의 간격 L과 표시 영역 내의 액정층의 두께 D가 L<2D의 관계가 성립하도록 구성되어 있다.

또, 절연막 및/또는 배향 제어막에 의해 화소 전극 및 공통 전극의 최상부의 액정과 접하는 배향 제어막 표면의 단차가 평탄화되어 있다. 또한 기판측의 액정과 접하는 배향 제어막 표면의 단차가 50㎚ 이하로 평탄화되는 것이 바람직하다.

또한, 적어도 액정의 동작에 따른 광학 특성의 변화가 표시에 기여하는 모든 표시 영역을 커버하는 범위에 절연막이 형성되어 있다.

또한, 본 발명의 액정 표시 장치의 다른 실시예에 따르면, 적어도 한쪽 기판에 화소 전극 및 공통 전극 및 능동 소자를 배치하고, 화소 전극 및 공통 전극사이에 전계를 인가함으로써 액정층의 액정을 제어하여 표시하고, 화소 전극과 공통 전극사이에 적어도 2층 이상의 절연막이 개재하는 것이다.

전극이 형성되어 있는 기판측의 배향 제어막과, 화소 전극 또는 공통 전극중 배향 제어막에 가까운 전극사이에 적어도 1층 이상의 절연막, 또는 화소 전극과 공통 전극사이에 개재하는 절연막 중 적어도 한층이 질화 실리콘계, 산화 실리콘계, 폴리실록산계 중 적어도 일종의 재료로 이루어지는 것이다.

또한, 절연막 중 적어도 한층이 폴리이미드계, 아크릴계, 에폭시아크릴레이트계 중 적어도 일종의 유기 고분자 재료로 이루어지는 것이다.

또한, 절연막이 유기 절연막 및 무기 절연막의 2층 구성이라는 것이다.

또한 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 한쌍의 기판 상의 액정층에 접촉하는 각각의 면 상에 형성된 한쌍의 배향 제어막의 상대 이미드화율이 60% 이상인 폴리아민산계 또는 폴리아민산에스테르계의 유기 고분자라는 것이다. 또한 배향 제어막의 상대 이미드화율이 약 70% 이상의 폴리아민산계 또는 폴리아민산에스테르계의 유기 고분자가 바람직하다. 또한, 아민산에스테르계의 유기 고분자가, 메틸에스테르기, 에틸에스테르기, 프로필에스테르기 중 적어도 일종 이상을 포함하는 것이다.

또한, 한쌍의 기판 상의 액정층에 접촉하는 각각의 면 상에 형성된 한쌍의 배향 제어막의 표면 탄성율이 1GPa 이상이라는 것이다.

또한, 한쌍의 기판 상의 액정층에 접촉하는 각각의 면 상에 형성된 한쌍의 배향 제어막과 액정층과의 계면의 유리 전이 온도 Tg가 액정층을 형성하는 액정 조성물의 네마틱-등방 상전이 온도 T(N-I) 이상이라는 것이다.

또한, 한쌍의 기판 상의 액정층에 접촉하는 각각의 면 상에 형성된 한쌍의 배향 제어막의 유리 전이 온도 Tg가 220℃ 이상이라는 것이다.

또한, 배향 제어막이 화학식 H₂N-R-NH₂로 나타내는 디아민 화합물과, 화학 식

로 나타내는 테트라카르복실산이무수물로 이루어지는 폴리아민산의 탈수폐환한 유기 고분자로서, 그 반복되는 구조 속의 R 및 X에, 고분자의 분자축의 회전을 가능하게 하는 결합기, -O-, -S-, -CH₂-, -C(CH₃)₂-, -C(CF₃)₂-, -SO₂-, 메타 결합, 오르토 결합이 모두 3개 이하라는 것이다.

또한, 본 발명에서는 한쌍의 배향 제어막 중 적어도 한쪽이 빛 반응성의 재료층이라는 것이다. 또한 빛 반응성의 재료층에 거의 직선에 편광한 빛을 조사하여 배향 제어막을 형성하는 것이다.

또한, 본 발명은 액정층의 프리틸트각이 5도 이하인 경우에 더욱 효과적이다.

또한, 화소 전극과 공통 전극 중 적어도 한쪽이 투명 전극으로 구성되어 있다. 투명 도전막은 이온 도핑 산화 티탄막, 또는 이온 도핑 산화아연막(ZnO)으로 구성되어 있다.

또한, 액정층과 한쌍의 기판과의 두개의 계면에서의 액정 분자의 배향 제어 방향이 거의 동일 방향이라는 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치의 구성을 설명하는 화소 부분의 단면도.

도 2는 본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치의 전극 구조를 나타내는 평면도.

도 3은 본 발명의 제2 실시예인 액정 표시 장치의 구성을 설명하는 화소 부분의 단면도.

도 4는 본 발명의 제2 실시예인 액정 표시 장치의 전극 구조를 나타내는 평면도.

도 5는 본 발명의 제2 실시예인 또하나의 액정 표시 장치의 구성을 설명하는 화소 부분의 단면도.

도 6은 본 발명의 제3 실시예인 액정 표시 장치의 구성을 설명하는 화소 부분의 단면도.

도 7은 본 발명의 제3 실시예인 액정 표시 장치의 전극 구조를 나타내는 평면도.

도 8은 본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치를 구성하는 컬러 필터 기판의 구조를 설명하는 도면.

도 9는 본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치를 구동시키는 시스템의 구성을 설명하는 시스템도.

도 10은 본 발명의 IPS 방식의 액정 표시 장치의 액정의 동작을 설명하는 도면.

도 11은 본 발명의 실시예에서 이용되는 잔상 강도와 배향 제어막의 상대 이미드화율의 관계를 설명하는 도면.

도 12의 (a)는 본 발명의 실시예에서 이용되는 전극 간격·액정층의 두께 방향에 대한 전계 강도 변화의 관계를 설명하는 도면.

도 12의 (b)는 도 12의 (a)에 도시된 전극 간격·액정층의 두께 방향에 대한 전계 강도 변화의 변화율의 관계를 설명하는 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 15, 101, 115, 201, 215 : 기판

2, 102, 202 : 공통 전극(공통 전극)

3 : 계면 상의 분자 길이축 배향 방향(러빙 방향)

4, 104, 204 : 절연막

5, 105, 205 : 화소 전극(소스 전극)

6, 106, 206 : 신호 전극(드레인 전극)

7, 8, 107, 108, 207, 208 : 보호 절연막

9, 11, 109, 111, 209, 211 : 배향 제어막

10, 110, 210 : 액정층(액정층 내의 액정 분자)

12, 112, 212 : 컬러 필터 보호막

13, 113, 213 : 컬러 필터

14, 114, 214 : 블랙 매트릭스

16, 116, 216 : 편광판

17, 117, 217 : 박막 트랜지스터

18, 118, 218 : 주사 전극(게이트 전극)

19, 119, 219 : 비정질 실리콘

20, 120, 226 : 용량 소자

21 : 주사 전극 구동용 회로

22 : 신호 전극 구동용 회로

23 : 공통 전극 구동용 회로

24 : 컨트롤 회로

26, 126, 225 : 전계 방향

30 : 편광판 편광 투과축 방향

50, 150, 250 : 액정 표시 장치

51, 151, 251 : TFT 기판

52, 152, 252 : 컬러 필터 기판

우선, 본 발명의 전제가 되는 IPS 방식의 동작 원리를 도 10을 예로 이용하여 설명한다.

도 10의 (a), (b)는 IPS 방식의 액정 소자 1 화소 내에서의 액정의 동작을 나타내는 측 단면을, 도 10의 (c), (d)는 그 정면도를 나타낸다.

전압 무인가 시의 셀측 단면을 도 10의 (a)에, 그 때의 정면도를 도 10의 (c)에 나타낸다. 한쪽 기판의 내측에 선형 전극(2, 5)이 형성되며, 기판 표면은 쌍을 이루는 기판의 쌍방 모두 배향 제어막(9, 11)이 되고, 기판 사이에는 액정 조성물(10)이 협지되어 있다. 이 예에서는 그 유전 이방성은 플러스라고 가정하고 있지만, 마이너스의 액정 조성물로는 액정 분자의 장축과 단축의 방향을 교체시키는 것만으로 IPS 방식은 마찬가지로 실현 가능하다.

봉형상의 액정 분자(10)는 배향 제어막(9, 11)과의 결합에 따라 양 기판 계면에서 모두 전극(2, 5)의 길이 방향(도 10의 (c) 정면도)으로 약간의 각도를 갖는 방향(30)으로 배향 제어되어 있고, 전계 무인가시에는 액정층 내에서는 거의 한결같이 이 초기 배향 방향을 향한 상태로 되어 있다. 여기서, 화소 전극(5)과 공통 전극(2) 각각에 다른 전위를 제공하고, 이들사이의 전위차에 따라 액정 조성물층에 전계(26)를 인가하면, 액정 조성물이 갖는 유전 이방성과 전계와의 상호 작용에 따라 도 10의 (b), (d)에 도시된 바와 같이 액정 분자는 전계 방향으로 그 방향을 바꾼다. 이 때 액정 조성물층의 굴절 이방성과 편광판(16)의 작용에 따라 본 액정 표시 장치의 광학 특성이 변화하며, 이 변화에 따라 표시를 행한다.

본 발명의 과제인 잔상, 화상의 소인 현상은 인간 시감도(視感度)가 가장 민감한 암 레벨 또는 중간조 영역에서 현저한 휘도 변화를 나타내기 때문에 문제가 되고 있다.

이하, 잔상 현상에 대해 설명한다.

평면형의 ITO 등의 투명 도전막을 이용하는 TN 방식으로 표시를 위한 전계를 인가하면 전극 엣지의 일부의 영역을 제외하여, 표시 영역 전면에 균일한 전계가 형성된다. 그러나 전극 엣지 영역에는 중앙 부분과는 달리 전계의 집중이 발생하며, 액정의 동작 자신도 균일한 전계가 형성되어 있는 중앙 부분의 그것과는 다른 경우가 있다. 또한 액정 중에 이온성 성분이 포함되는 경우에는 전계가 집중하는 전극 엣지 영역에 특이적으로 모여 잔상 등의 표시 불량을 유발하는 것이 알려져 있다. 따라서, TN 방식은 이 전극 엣지 영역을 블랙 매트릭스등을 이용하여 차광하여 표시에는 영향을 주지 않는 구성으로 하고 있다.

한편, IPS 방식으로는 가늘고 긴 빗살 모양 또는 단책상의 전극을 이용하여 전계를 인가하기 때문에 전극 사이에 형성되는 기판면에 거의 평행한 전계가 인가되는 영역 외에 전계가 집중하기 쉬운 전극 단부(엣지)의 영역도 표시에 기여한다. 특히, 빗살 모양 또는 단책상의 전극의 수가 증가하는 경우, 또는 전극 중 적어도 한쪽이 투명 도전막으로 형성되어 전극 상의 영역도 화상의 표시 영역으로서 이용하는 경우에는 전계 집중하기 쉬운 전극 단부(엣지)의 비율이 증가하기 때문에 전극 단부(엣지)가 표시에 끼치는 영향은 더욱 커져 무시할 수 없다. 또한, 액정층의 두께 D에 비해 전극 간격 L이 좁은 경우에는 상대적으로 전극 엣지의 전계 집중도 더욱 증대하며, 또한 표시 영역 전체에 차지하는 엣지 영역의 면적 비율도 증가한다.

이러한 전계 집중이 보이는 경우의 잔상의 억제책을 예의 검토한 결과, 이하의 2가지 방법이 효과적인 것을 알 수 있었다.

(1) 액정/배향 제어막의 계면에서 대책하는 방법.

(2) 액정 셀의 구성을 변경하여 전계 집중의 영향을 저감시키는 방법.

이하에 각각에 관해 자세히 진술한다.

우선, 전계가 강한 경우 액정 중의 이온성 성분이 전계가 가장 강한 전극 엣지 근방으로 모여, 배향 제어막 표면에 흡착하고, 그것이 잔류함으로써 잔상으로서 인식된다고 생각할 수 있다.

그래서 본 발명자등이 예의 검토한 결과, 배향 제어막의 막질을 바꿈으로써 액정 내의 이온성 성분의 흡착 거동이 커서 영향을 받는 것을 알았다.

배향 제어막은, 통상 폴리이미드계 재료가 널리 이용되고 있다. 이들 폴리이미드계의 배향 제어막은, 일반적으로는 그 전구체인 폴리아민산와니스를 도포하며, 소성 처리에 따른 탈수축합 반응, 소위 이미드화 반응에 따라 내열성이 높은 폴리이미드막을 형성한다. 그 후, 러빙 처리를 실시하여 액정의 배향 제어막으로서 이용된다. 일반적으로는 이미드화의 비율, 소위 이미드화율은 재료 조성, 즉 구성 성분인 산무수물이나 디아민 화합물, 또한 소성 온도나 시간 등의 프로세스 조건에 따라 큰 영향을 받는다. 본 발명자가 폴리아민산으로 이루어지는 수종의 배향 제어막을 이용하여 검토한 결과, 폴리이미드 또는 폴리아민산을 구성하는 산무수물이나 디아민 화합물의 분자 구조에 의존하는 점도 있지만, 오히려 상대 이미드화율과의 상관이 큰 것을 알 수 있었다. 도 11에는 조성이 다른 액정 조성물에 대해 여러 폴리아민산 화합물로 이루어지는 배향 제어막이 조합으로, 잔상 강도와 이들의 상대 이미드화율의 상관 관계를 나타내었다. 여기서, 상대 이미드화율은 적외 흡수 스펙트럼상의 1500㎝^-1부근의 벤젠환골격의 C=C 신축 진동 피크 강도 I(C=C)에 대한 1380㎝^-1부근의 이미드 결합의 C-N 신축 진동 피크 강도 I(C-N)의 비율 R=I(C=C)/I(C-N)를 이용하여 폴리아민산이 거의 완전히 이미드화 반응한다고 상정되는 300℃, 1시간의 소성 이미드화한 샘플의 상기 비율 Ro=Io(C=C)/Io(C-N)을 100로 했을 때의 상대치,

상대 이미드화율(%)=(R/R₀)×100={I(C=C)/I(C-N)}

/{I₀(C=C)/Io(C-N)}×100

이라고 정의하고 있다. 이 측정 방법은, 전극이 붙은 기판을 추출하고, 그것을 FT-IR-ATR 법에 따른 직접 측정 또는 샘플을 깎아내어 마이크로펠릿으로 성형 후 IR의 흡수 스펙트럼을 측정하고, 그 후 그 샘플을 300℃, 1시간의 소성 이미드화 처리 후 동일한 측정을 행하고, 상기 수학식 1에 따라 상대 이미드화율을 결정한다. 따라서, 도 11로부터 알 수 있듯이 상대 이미드화율 약 60% 이상으로 잔상 강도가 현저히 감소하며, 배향 제어막의 상대 이미드화율 약 60% 이상이 효과적인 것을 알 수 있었다. 또한 바람직하게는 상대 이미드화율 약 70% 이상이 바람직한 것을 알 수 있었다. 또한 폴리아민산계 외에 폴리아민산에스테르를 이용해도 동일한 효과를 얻을 수 있고, 또한 메틸에스테르, 에틸에스테르, 프로필에스테르와 같은 알킬 부분이 비교적 짧은 것이 유효한 것을 알 수 있었다.

또한 먼저 상술된 바와 같이 잔상 강도와 화소 전극 근방에 잔류하는 직류 전위의 크기와의 상관이 인정되지 않은 경우도 있기 때문에 화상의 소인, 잔상은 전기적인 요인이라기 보다는 오히려 기판면내 방향의 액정 분자의 비틀어짐 변형의 복귀가 어려운데, 소위 액정/배향 제어막 계면의 상호 작용에 기초해도 생각할 수 있다.

그래서 본 발명자등이 예의 검토한 결과, IPS 방식의 화상의 소인, 잔상 현상의 발생은 전계 인가에 따른 액정 분자의 면내 비틀어짐 변형에 기초하여 발생하는 회전 토크에 의해 액정 분자의 초기 배향의 방향(10)을 규제하고 있는 배향 제어막 표면이 탄성 변형하고, 그 변형·크리프가 액정 배향 방향의 잔류한 왜곡(잔류한 화상)인 것을 알 수 있었다. 이 잔류한 왜곡이 있는 유한의 지연 시간과 함께 회복해가는 경우가 잔상, 또한 영구 변형의 경우에는 화상의 소인로 된다.

이 액정의 회전 토크의 크기 W는,

W=K₂·Δθ/dm

여기서, K₂는 액정의 트위스트 탄성 상수, Δθ는 액정의 최대 회전각, dm은배향 제어막 계면으로부터 액정의 가장 회전하는 부분까지의 거리에 상당하며, 일반적으로는 액정 셀 갭의 약 절반에 상당한다고 생각되어진다. 그런데 먼저 진술한 바와 같이 전극 엣지 근방에 전계가 집중하는 경우에는 그 영역의 액정의 회전각 Δθ도 액정층 전체의 평균적인 회전각보다는 커지고, 더욱 전극 근방의 전계가 강한 만큼, 가장 회전하는 영역이 전극 근방에 근접하여 배향 제어막 계면으로부터 최대 회전 각도까지의 거리 dm이 작아지기 때문에 실효적인 회전 토크 W가 증가한다고 생각되어진다. 따라서, 전계 집중이 발생하기 쉬운 빗살 모양 또는 단책 상의 전극의 엣지 근방의 영역에서는 배향 제어막 표면의 탄성 변형량이 증가한다. 특히, 투명 도전막으로 전극이 형성되는 경우에는 그 비율이 더욱 증가한다.

따라서, 이러한 잔상 현상의 발생을 저감시키는 방법으로는, (1)트위스트 탄성 상수의 작은 액정 조성물을 이용하여 면내 비틀어짐 변형에 따른 회전 토크 W의 크기를 감소시키는 것, 또는 (2) 배향 제어막의 탄성율을 증대시키고, 액정 분자의 구동에 따른 회전 토크 W의 영향을 받기어려운 고탄성율의 고분자 표면을 형성하는 것이 유효한 것을 알 수 있었다.

배향 제어막의 고탄성율화를 도모하기 위한 구체책으로는 배향 제어막을 구성하는 폴리머의 분자 구조가 강직하여 직선성이 풍부한 구조인 것이 바람직하며, 또한 분자량을 가능하면 작게 하는 것이 바람직하다. 또한 단분 산계로 하는 것이 좋다. 또한 배향 제어막의 도포·소성 경화·러빙 배향 처리 후의 빛 가교 반응에 따라 고차의 네트워크를 구축하며 역학적으로 강도를 높이는 것도 좋다. 분자량을 5,000이상으로 크게 함으로써, 폴리머 연쇄사이의 응집력을 증가시키고, 탄성율의증가를 도모하는 것도 가능하다. 그러나, 한쪽에서 분자량이 300,000이상으로 커지면, 배향 제어막 와니스의 융액 상태에서 폴리머 연쇄의 얽힘이 발생하며, 폴리머 연쇄의 밀도가 높은 패킹이 방해되는 경우가 있다.

또한 고분자의 분자축의 회전을 가능하게 하는 결합기, -O-, -S-, -CH₂_, -C(CH₃)₂-, -SO₂-, 메타 결합, 오르토 결합이 반복 단위 내에 모두 3개 이하인 것이 바람직하다. 왜냐하면, 폴리머 주쇄의 확산은 거의 발생하지 않지만, 상기된 바와 같은 결합기가 다수 존재하면 분자축 주위의 회전이 용이해져 국소적인 열운동이 가능해지기 때문에 배향 제어막 고분자의 탄성율의 저하를 야기하는 결과가 된다. 이러한 현상은 탄성율의 온도 특성에 나타나는 측쇄의 부 분산(Tg(b))으로서 알려져 있다. 또한, 종래의 TN 방식으로 이용되는 배향 제어막으로는 프리틸트각을 제어하기 위해 직쇄 알킬기 등의 측쇄를 도입하는 방법이 이용되고 있지만, IPS 방식으로는 시야각의 넓이를 유지하기 위해서도, 또한 상기된 관점으로부터도 프레틸트각을 발생시키는 직쇄 알킬기 등의 장쇄의 분리된 측쇄 관능기가 적은 것, 또는 부피가 큰 측쇄 치환기를 갖지 않은 폴리머가 바람직하다. 따라서, 이러한 폴리머를 배향 제어막으로 이용함으로써, 프리틸트각(계면 틸트각)도 5도 이하의 낮은 각도로 억제시켜 IPS 방식의 특징인 광 시야각 확보를 위해서도 효과적이다. 따라서, 먼저 상술된 폴리아민산에스테르계의 배향 제어막도 메틸에스테르기, 에틸에스테르기, 프로필에스테르기와 같은 알킬기의 길이가 짧은 것이 바람직하다.

또한 폴리머 배향 제어막의 탄성율은 주위의 환경 조건, 특히 온도에 따라큰 영향을 받는 것이 알려져 있다. 이 관점으로부터 상기된 바와 같은 고탄성율 배향 제어막 선정의 지표로서 탄성율 외에 배향 제어막 고분자의 유리 전이점 Tg가 있다. 이 Tg가 높으면 높을수록 배향 제어막의 높은 탄성율이 보증되게 된다. 이 Tg의 크기와 본 발명의 과제인 IPS 방식의 잔상 크기의 상관을 취하면 배향 제어막의 Tg가 220℃를 넘는 것이 표시 성능의 허용치를 만족하는 정도까지 잔상을 저감시킬 수 있는 것을 알았다. 따라서 배향 제어막의 Tg가 220℃ 이상의 폴리머가 바람직하다. 이 Tg는 배향 제어막 폴리머의 벌크의 값이고, 실제로 액정/배향 제어막 계면에 관한 배향 제어막 표면의 Tg는 크게 어림잡아도 약 100℃의 저하가 예상된다. 따라서, 실제로 액정 표시 장치로서의 동작이 보증되어 있는 -30℃에서 70℃의 범위에서는 배향 제어막 표면의 탄성율의 저하는 거의 없다고 생각되어진다. 또한, 실제로 이용하는 액정 셀에서는 배향 제어막과 액정의 계면에서의 계면 Tg와, 이용하는 액정의 네마틱-등방 상의 전이 온도 T(N-I)사이에 이하와 같은 관계를 생각할 수 있다. 액정의 회전 토크 W의 크기는, 먼저 나타낸 수학식 2로부터 알 수 있듯이 주로 액정의 트위스트 탄성 상수 K₂에 비례한다. 또한 액정의 트위스트 탄성 상수 K₂는 액정의 온도 상승과 같이 서서히 저하하며, 네마틱-등방상의 상전이 온도 T(N-I)로 급격히 감소한다. 즉, T(N-I)점 이상에서는 액정의 회전 토크 W가 매우 작아져, 배향 제어막에의 응력 부하가 현저히 감소한다. 따라서, 배향 제어막의 표면 또는 액정층과의 계면 근방의 유리 전이 온도 Tg가 액정의 T(N-I) 온도보다도 높은(Tg>T(N-I)) 경우에는, 배향 제어막 표면은 매우 딱딱한 유리 상태에 가까운 상태로서 존재하며, 액정의 회전 토크 W에 의한 탄성 변형을 받기 어려워져 잔상의 억제, 저감에 유효하다.

이상과 같은 관점으로부터 본 발명에 이용하는 배향 제어막의 합성 재료인 아민 성분의 화합물 및 기타 공중합 가능한 화합물은, 예를 들면 방향족 디아민으로는 p-페닐렌디아민, m-페닐렌디아민, 2, 4-디아미노톨루엔, 2, 5-디아미노톨루엔, 2, 6-디아미노톨루엔, 디아미노톨루엔, 벤디진, O-톨리진, 3, 3'-디메톡시벤디진, 4, 4"-디아미노터페닐, 1, 5-디아미노나프탈렌, 2, 7-디아미노플오렌, 4, 4'-디아미노디페닐에테르, 4, 4'-디아미노디페닐술피드, 4, 4' -디아미노디페닐메탄, 3, 3'-디메틸, 4, 4'-디아미노디페닐메탄, 2, 5-디아미노피리딘, 4, 4'-비스(p-아미노페녹시) 비페닐, 2, 2-비스{4-(p-아미노페녹시)페닐} 프로판, 2, 2-비스{4-(p-아미노페녹시)페닐} 헥사플루오로프로판, 4, 4'-비스(m-아미노페녹시) 디페닐술폰등을 들 수 있지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.

한편, 산 성분의 화합물 및 기타 공중합 가능한 화합물은 예를 들면,

방향족 테트라카르복실산이무수물로는 피로멜리트산이무수물, 메틸-피로멜리트산이무수물, 디메틸렌트리멜리테이트산이무수물, 3, 3',4, 4'-벤조페논테트라카르복실산이무수물, 3, 3', 4, 4'-비페닐테트라카르복실산이무수물, 디메틸렌트리멜리테이트산이무수물, 2, 3, 6, 7-나프탈렌테트라카르복실산이무수물, 3, 3', 4, 4'-비페닐술폰테트라카르복실산이무수물, 3, 3', 4, 4'-디페닐에테르테트라카르복실산이무수물, 3, 3', 4, 4'-디페닐메탄테트라카르복실산무수물, 지환식 테트라카르본산이무수물로서는 1, 2, 3, 4-부탄테트라카르복실산이무수물, 1, 2, 3, 4-비스시클로부탄테트라카르복실산이무수물, 1, 2, 3, 4-시클로펜탄테트라카르복실산이무수물, 등을 예로 들 수 있지만 이들에 한정되는 것이 아니다.

또한, 용제에 대해서는 예를 들면 극성을 갖는 N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸아세트아미드, 디메틸설폭사이드, 술포란, 부틸락톤, 크레졸, 페놀, 시클로헥사논, 디메틸이미다졸리디논, 디옥산, 테트라히드로푸란, 부틸셀로솔브, 부틸셀로솔브아세테이트, 아세토페논등을 이용할 수 있다.

또한, 유기 고분자 중에 예를 들면 γ-아미노프로필트리에톡시 실란, d-아미노프로필메틸디에톡시 실란, N-β(아미노에틸)γ-아미노프로필트리메톡시 실란 등의 아미노계 실란커플링제, 에폭시계실란커플링제, 치터네이트커플링제, 알미늄아르코레이트, 알루미늄 킬레이트, 지르코늄 킬레이트 등의 표면 처리제를 혼합 혹은 반응할 수도 있다. 배향 제어막의 형성은 일반적인 스핀 코팅, 인쇄, 브러싱, 스프레이법등에 따라 행할 수 있다.

이용하는 액정으로는 예를 들면 4-치환 페닐-4'-치환 시클로헥산, 4-치환 시클로헥실-4'-치환 시클로헥산, 4-치환 페닐-4'-치환 디시클로헥산, 4-치환 디시클로헥실-4'-치환 디페닐, 4-치환-4"-치환 터페닐, 4-치환 비페닐-4'-치환 시클로헥산, 2-(4-치환 페닐)-5-필리미진, 2-(4-치환 디옥산)-5-페닐, 4-치환 벤조산-4'-페닐에스테르, 4-치환 시클로헥산카르복실산-4'-치환 페닐에스테르, 4-치환 시클로헥산카르복실산-4'-치환 비페닐에스테르, 4-(4-치환 시클로헥산카르보닐옥시)벤조산-4'- 치환 페닐에스테르, 4-(4-치환 시클로헥실)벤조산-4'-치환 페닐에스테르, 4-(4-치환시클로헥실)벤조산-4'-치환 시클로헥실에스테르, 4-치환-4'-치환 비페닐 등을 예로 들 수 있고, 이들 화합물 중에서도 적어도 분자의 한쪽 말단에 알킬기, 알콕시기, 알콕시메틸렌기, 시아노기, 불소기, 디 불소기, 트리 불소기를 갖는 다성분계의 혼합 액정 조성물이 이용된다.

또한, 상기된 바와 같은 러빙 처리에 따라 배향 제어를 하는 폴리이미드 배향 제어막층이 아니고, 선택적으로 광화학 반응을 생기게 하도록 편광 광 조사 처리된 빛 반응성 배향 제어막을 이용해도 좋다.

일반적으로, 빛 반응성 배향 제어막은 강한 비틀어짐 결합과 충분한 (수도 이상) 계면 틸트각을 부여하는 것이 곤란하게 된 배향 제어 방법이지만, IPS 방식에서는 종래의 TN 방식으로 대표되는 세로 전계 방식과 달리 계면 틸트가 원리적으로 필요없으므로, 계면 틸트각이 작을수록 시각 특성이 좋은 것이 알려져 있다. 상기된 빛 반응성 배향 제어막으로는 계면 틸트각이 매우 작아지는 것은 반대로 적합하며, 양호한 시각 특성을 기대할 수 있다.

또한, 이러한 빛 반응성의 배향 제어막 재료 중에 빛, 또는 열, 또는 방사선의 조사로 경화하는 폴리머 전구체를 미리 혼입시키고, 빛 배향 처리와 동시 또는 그 전후로 상기된 경화 처리를 행함에 따라 빛 반응성 배향 제어막의 고탄성율화를 가능하게 하여 IPS 특유의 잔상을 더욱 저감시킬 수 있다. 또한, 상기된 바와 같은 폴리머 전구체의 혼입 외의 방법으로는 빛 배향 제어막과 기판사이에 상기 광 배향 제어막보다도 두껍고 투명한 유기 고분자층을 개재시키고, 배향 제어막 전체의 고탄성율화를 도모하고, 본 발명의 목적을 달성하는 것이 가능하다. 절연성이 높고, 투명한 유기 고분자층의 재료로서는 아크릴계, 또는 에폭시아크릴레이트계의유기 고분자 재료가 바람직하다.

또한 더욱, 본 발명의 과제인 잔상 현상은 배향 제어막의 막질만이 아니고 화소 구조에도 영향을 받는 것도 알았다. 즉, 화소 구조를 변경시킴으로써 상술된 전극 엣지 영역의 전계 집중을 경감시키는 것이 가능한 것을 알 수 있었다.

구체적으로는 전극군이 형성되는 기판측의 배향 제어막과, 화소 전극 또는 공통 전극 중 배향 제어막에 가까운 전극사이에 적어도 1층 이상의 절연막을 개재시킴으로써 전극 엣지 영역의 전계의 밀도를 저감시킬 수 있다. 또한, 화소 전극, 공통 전극 부분은 통상 전극의 두께에 상당하는 단차가 배향 제어막 표면에 발생한다. 이 경우에는 그 형상 효과도 작용하며, 전계의 집중이 있기 때문에 절연막을 형성함으로써 평탄화하여 단차 엣지의 효과를 저감시키는 것이 유효하다. 또한 절연막은 두꺼운 편이 보다 유효하게 전계 집중을 저감시키고, 또한 유전율이 작은 물질을 이용하면 더욱 효과적이다. 바람직하게는 액정층의 평균 유전율보다 작은 유전율의 절연막 재료가 좋다. 전계를 완화시키기 위해 충분한 두께의 절연막을 평탄화시켜 형성하기 위해서는 스핀 도포, 인쇄, 디핑 등의 도포 방식에 따른 제막 방법이 바람직하다. 예를 들면, 무기막에 비해 일반적으로 유전율이 낮은 유기막이나, 저유전율이면서 막이 두꺼워지는 것이 가능한 폴리실록산계와 같은 무기의 도포막 재료도 효과적이다. 또한, 일반적으로 폴리이미드계의 배향 제어막도 유전율 약 4의 절연막으로서 기능하기 때문에 상기된 절연막과 마찬가지로 배향 제어막의 막 두께가 두꺼운 편이 바람직하다. 더 한층 두께막화, 평탄화, 더욱 절연성을 양립시키는 것이 곤란한 경우에는 적어도 2층 이상의 적층막으로서 이들의 기능을분담하여 형성하는 것이 유효하다. 예를 들면, 절연성이 높은 질화규소, 산화규소 등의 무기의 절연막 위에 두꺼운 막, 평탄화가 용이한 유기의 도포막 또는 무기계의 폴리실록산 등의 도포막을 적층하여 원하는 절연막을 형성해도 좋다.

그래서 본 발명에 관한 제1 실시예로서 액정층 내에 전계를 발생시키는 화소 전극과 공통 전극 중 적어도 한쪽, 혹은 양쪽을 투명 도전막으로 구성한 IPS 방식의 액정 표시 장치를 검토하였다. 도 1은 본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치의 구성을 설명하는 화소 부분의 측 단면도이다. 도 2는 본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치의 전극 구조를 나타내는 정면도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치(50)는 한쌍의 투명한 유리제의 기판(1, 15)과, 기판(1, 15)사이에 협지된 액정(10)과 전압 인가에 의해 도 1 내의 부호(26)로 모식적으로 나타내는 기판면에 평행한 성분을 갖는 전계를 발생시키도록, 기판(1)에 형성된 공통 전극(2) 및 화소 전극(5) 및 신호 전극(6) 및 능동 소자인 박막 트랜지스터(TFT : 17)와, 기판(1, 15) 상의 액정(10)에 접촉하는 면 상에 형성된 액정의 배향 제어막(9, 11)과 액정의 배향 상태에 따라 광학 특성을 바꾸는 광학 수단인 편광판(16)으로 이루어진다. 또한, 능동 소자로서는 그 외에 박막 다이오드도 사용 가능하지만, 스위칭 소자로서의 동작 특성에 우수한 TFT의 사용이 바람직하다.

그리고, 본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치(50)에서는 박막 트랜지스터(17)의 작용에 따라 공통 전극(2)과 화소 전극(5)사이에 전계(26)를 발생시키고, 액정(10)의 액정 분자를 전계(26)와 직교하도록 기판(1)과 거의 평행한면 내에서 스위치 동작시킴으로써 화상 표시를 행한다.

이상의 본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치를 사용하여, 화소 전극(5)과 배향 제어막(9)사이에 개재하는 절연막(7), 또는 보호 절연막(8)의 막 두께와 잔상의 레벨과의 상관을 검토한 결과, 절연막 또는 보호막(7, 8)의 막 두께가 두꺼워질수록 잔상의 레벨이 저하해 가는 경향이 있는 것을 알 수 있었다.

전계가 집중하기 쉬운 전극 엣지 부분에 절연막을 형성함으로써 전기력선의 밀도가 저하하여 집중의 정도가 완화된다. 또한, 액정의 회전 토크 W에 의한 계면의 복귀난에 대해서는 액정의 최대 회전 각도까지의 거리 dm을 가능한 한 전극측 계면으로부터 멀어지는 것이 유효하다.

도 12의 (a)는 전극 폭 w, 전극 간격 L의 2개의 단책상 전극의 전극사이의 중간 위치에서의 전계 강도 E의 변화를 액정층의 두께 방향 d에 대해 어림한 결과이다. 도 12의 (b)는 도 12의 (a)에 대응하는 미분 계수, 소위 전계 강도 변화의 변화율을 플롯한 것이다.

전극 폭 W가 감소하면 도 12의 (a)에 도시된 전계 강도 E의 상대 변화가 아주 작지만 감소 경향을 나타내는 것이 거의 동일 경향이었다. 도 12의 (a)로부터 알 수 있듯이 전극의 근방(d=0)으로부터 대향 기판의 배향 제어막 근방(d=D)의 범위에서 전계의 강도는 전극의 근방(2d/L≒0)이 가장 강하며, 멀어질수록 전계 강도는 감소해 가는 경향을 나타낸다. 또한 L≒2D를 경계로 하여, L>2D의 범위에서는 셀두께 방향으로 전극 근방과의 전계 강도비는 수분의 하나의 범위에 있지만, L<2D의 범위가 되면 그 비는 1자릿수이상으로 증대한다. 따라서, L<2D의 범위에서는액정의 최대 회전 각도를 제공하는 위치 dm이 전극 근방에 현저히 근접하기 때문에, 수학식 2에 의해 전극 근방의 액정/배향막 계면에 제공하는 회전 토크 W도 현저히 커지고 잔상 강도도 커진다.

그래서, 본 발명의 제1 실시예에서 나타낸 바와 같이 배향 제어막과 그것에 가까운 전극, 이 경우 화소 전극(5)사이에 절연막(7), 및 보호 절연막(8)으로 이루어지는 막 두께 T의 절연막을 형성함으로써, 전극측의 배향 제어막 근방(d≒T)의 전계 강도 E(d≒T)에 대한, 그것과 대향하는 배향 제어막 근방(d≒D)의 전계 강도 E(D)의 상대적인 비율을 증가시키는 것이 가능하다. 그에 따라, 액정의 최대 회전 각도를 제공하는 위치 dm을 전극 계면으로부터 멀어지게 할 수 있어, 액정의 회전 토크 W를 저감시키며, 잔상 강도를 저감·억제하는 것이 가능해진다.

또한 도 11의 (b)로부터 알 수 있듯이 전계 강도의 감소의 변화율이 가장 급경사인 점, 2d/L≒1/2 이상에서 전계 강도의 감소율이 완만해진다. 따라서, 2d/L≒1/2의 점까지 절연막을 형성함으로써, 즉 막 두께 T를 전극 간격 L의 1/4이상으로 함으로써 전계 강도의 변화가 완만해지고, 또한 전극 근방의 전계 강도가 상대적으로 반감하여, 액정의 최대 회전 각도를 제공하는 위치 dm을 전극 계면으로부터 멀리할 수 있다. 또한, 절연막의 막 두께 T를 전극 간격 L의 1/2이상으로 함으로써 전극이 형성되는 기판의 배향 제어막 근방의 전계 강도를 더욱 저감시킬 수 있기 때문에 보다 효과적이다. 또한 절연막의 유전율 ε_PAS의 유전율이 작은 쪽이 보다 얇은 막 두께로 상술된 효과를 달성할 수 있고, 또한 액정층의 평균 유전율 ε_LC보다도 작은 쪽이 보다 유효하여 바람직하다.

이어서, 본 발명의 제2 실시예로서 전압을 인가시켜 액정층 내에 전계를 발생시키는 화소 전극과 공통 전극 중 적어도 한쪽, 혹은 양쪽을 투명 도전막으로 구성하며, 절연막을 사이에 두고 절연성을 확보하면서 화소의 개구부에서 적어도 각각의 일부끼리 중첩시켜 부가 용량을 형성하고, 화소의 개구부의 면적을 감소시키지 않고, 그 중첩 부분의 부가 용량을 보유 용량으로서 활용하는 구성의 IPS 방식 액정 표시 장치를 검토하였다.

도 3은 본 발명의 제2 실시예인 액정 표시 장치의 구성을 설명하는 화소 부분의 단면도이다. 도 4는 본 발명의 제2 실시예인 액정 표시 장치의 전극 구조를 나타내는 평면도이다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 본 발명의 제2 실시예인 액정 표시 장치(150)는 한쌍의 투명한 유리제의 기판(101, 115)과, 기판(101, 115) 사이에 협지된 액정(110)과, 전압 인가에 의해 도 3 내의 부호(126)로 모식적으로 나타내는 기판면에 평행한 성분을 갖는 전계를 발생시키도록 기판(101)에 형성된 공통 전극(102) 및 화소 전극(105) 및 신호 전극(106) 및 능동 소자인 박막 트랜지스터(TFT : 117)와, 기판(101, 115) 상의 액정(110)에 접촉하는 면 상에 형성된 액정의 배향 제어막(109, 111)과, 액정의 배향 상태에 따라 광학 특성을 바꾸는 광학 수단인 편광판(116)으로 이루어진다.

그리고, 본 발명의 제2 실시예인 액정 표시 장치(150)에서는 화소 전극(105)과 공통 전극(102) 중 적어도 한쪽이 투명 도전막을 이용하여 구성되며, 상기 화소의 개구부에서 일부가 절연막(104)을 통해 상호 중첩하여, 부가 용량을 형성하는 구조를 갖는다. 그리고, 박막 트랜지스터(117)의 작용에 따라 공통 전극(102)과 화소 전극(105) 사이에 전계(126)를 발생시키고, 액정(110)의 액정 분자를 전계(126)와 직교하도록 기판(101)과 거의 평행한 면 내에서 스위치 동작시킴으로써 화상 표시를 행한다.

또한, 본 발명의 제2 실시예에서 전압을 인가시켜 액정층 내에 전계를 발생시키는 화소 전극과 공통 전극 중 적어도 한쪽, 혹은 양쪽을 투명 도전막으로 구성하고, 절연막을 사이에 두고 절연성을 확보하면서 화소의 개구부에서 한쪽의 전극을 다른 전극에 실질적으로 모든 면적에서 중첩시켜 부가 용량을 형성하고, 화소의 개구부 면적을 감소시키지 않고, 그 중첩 부분의 부가 용량을 보유 용량으로서 활용하는 구성의 IPS 방식 액정 표시 장치도 가능하다. 이러한 구성의 액정 표시 장치에서는 하층의 공통 전극(102)을 빗살 모양으로 패터닝할 필요가 없어 제조 공정을 간편하게 함과 함께 용량 형성을 행할 수 있다. 이러한 액정 표시 장치를 본 발명의 제3 실시예로서 검토하였다.

도 6은 본 발명의 제3 실시예인 액정 표시 장치의 구성을 설명하는 화소 부분의 단면도이다. 도 7은 본 발명의 제3 실시예인 액정 표시 장치의 전극 구조를 나타내는 평면도이다.

도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 본 발명의 제3 실시예인 액정 표시 장치(250)는 한쌍의 투명한 유리제의 기판(201, 215)과 기판(201, 215)사이에 협지된 액정(210)과 전압 인가에 의해 도 6 내의 부호(226)로 모식적으로 나타내는 기판 면에 평행한 성분을 갖는 전계를 발생시키도록 기판(201)에 형성된 공통 전극(202) 및 화소 전극(205) 및 신호 전극(206) 및 능동 소자인 박막 트랜지스터(TFT : 217)와, 기판(201, 215) 상의 액정(210)에 접촉하는 면 상에 형성된 배향 제어막(209, 211)과 배향 제어막(209)과 기판 상의 전극(202 및 205)사이에 개재하는 절연층(208)과 액정의 배향 상태에 따라 광학 특성을 바꾸는 광학 수단인 편광판(216)으로 이루어진다.

그리고, 본 발명의 제3 실시예인 액정 표시 장치(250)에서는 화소 전극(205)과 공통 전극(202) 중 적어도 한쪽이 투명 도전막을 이용하여 구성되며, 상기 화소의 개구부에서 절연막(204, 207)을 통해 상호 중첩하여, 부가 용량을 형성하는 구조를 지니고, 박막 트랜지스터(217)의 작용에 따라 공통 전극(202)과 화소 전극(205) 사이에 전계(226)를 발생시키고, 액정(210)의 액정 분자를 전계(226)와 직교하도록 기판(201)과 거의 평행한 면 내에서 스위치 동작시킴으로써 화상 표시를 행한다.

본 발명의 제2 및 제3 실시예에서는 액정층에 전계를 인가하기 위한 화소 전극과 공통 전극의 간격 L은 표시 영역 내의 액정층의 두께 D보다도 작은 (2D/L>1) 것이 대부분이다. 이러한 제2, 제3 실시예에서도 액정층의 두께 방향의 전계 강도의 상대 분포는 도 11과 거의 동등하다. 따라서, 전극 간격 L이 표시 영역 내의 액정층의 두께 D의 2배보다도 작은 (2D/L>1) 경우, 액정층의 전계 강도가 액정층의 두께 방향으로 현저한 비대칭성을 나타내기 때문에 상대적으로 전극이 형성되어 있는 기판측의 배향 제어막 근방에 현저한 전계의 집중이 발생한다. 또한, 화소 전극 및 공통 전극 각각의 전극 단부(엣지) 근방의 영역에서는 더욱 현저한 전계 집중이 발생하기 쉽다. 이러한 경우에는 먼저 진술한 액정 내의 이온성 성분의 흡착 외에 상술된 액정 배향 제어막 계면의 탄성 변형이 증가하여 현저한 잔상이 발생하기 쉽다.

그래서 본 발명의 제2 실시예에서 화소 전극(105)과 배향 제어막(109) 사이에 개재하는 보호 절연막(107, 108)의 막 두께 T와 잔상의 레벨과의 상관을 검토한 결과, 보호 절연막(107, 108)의 막 두께 T가 두꺼워질수록, 잔상의 레벨이 효과적으로 저하해가는 경향이 있는 것을 알 수 있었다. 특히 그 막 두께 T가 화소 전극(105)과 공통 전극(102)의 간격 L보다도 큰 경우에 잔상의 저감 효과가 큰 것을 알 수 있었다. 또한, 화소 전극(105)과 배향 제어막(109) 사이에 개재하는 보호 절연막의 막 두께 T를 단순히 두껍게 하는 것뿐만 아니라 도포막등을 제막 방법을 이용함으로써 전극 엣지 근방의 단차를 평탄화, 테이퍼화함으로써 전극 엣지 근방의 보호 절연막의 막 두께를 목표 막 두께이상으로 두껍게 할 수 있기 때문에 전극 엣지 근방의 전계 집중을 효과적으로 완화시키는 것이 가능하다. 그 때, 전극의 최상부의 액정과 접하는 배향 제어막 표면의 단차가 50㎚ 이하로 평탄화되면 보다 효과적이다.

또한, 화소 전극(105)과 공통 전극(102)사이의 절연막(104)의 막 두께를 두껍게 함으로써도 잔상의 레벨은 저감되며, 전극 사이의 절연막을 두껍게 하는 것도 유효한 것을 알 수 있었다. 이것은 전극 사이의 절연막의 막 두께 T를 두껍게 하는 것은 전극 간격 L을 증가시킨 것에 대응하여, 도 11에서의 2 D/L을 작게 한 것에 상당한다. 2D/L을 작게 하면 전극이 형성하는 기판과 대향하는 기판측의 전계 강도를 상대적으로 증가시킨 것에 상당하며, 실효적으로 액정층의 최대 회전 위치 dm을 증가시키고, 전극 근방으로부터 멀어지도록 작용하기 때문에 잔상을 저감시킬 수 있다.

또한, 그래서 본 발명의 제3 실시예에 있어서 화소 전극(205)과 배향 제어막(209)사이에 개재하는 보호 절연막(208)의 막 두께와 잔상의 레벨과의 상관을 검토한 결과, 보호 절연막(208)의 막 두께가 두꺼울수록 잔상의 레벨이 저하해가는 제2 실시예의 경우와 같은 경향이 있는 것을 알 수 있었다. 또한, 화소 전극(205)과 공통 전극(202)사이의 절연막(207, 204)의 막 두께를 두껍게 함으로써도 잔상의 레벨은 저감되며, 제2 실시예의 경우와 마찬가지로 전극 사이의 절연막을 두껍게 하는 것도 유효한 것을 알 수 있었다.

이 때, 화소 전극과 공통 전극 중 적어도 한쪽을 구성하는 투명 도전막의 재료로는 특별히 제한은 없지만, 가공이 용이하거나, 신뢰성의 높은 것 등을 고려하여 인듐-주석-옥사이드(ITO)와 같은 티탄 산화물에 이온 도핑된 투명 도전막, 또는 이온 도핑된 아연 산화물이 바람직하다.

또한, 중첩 부분에 끼워져 있는 절연막에 대해서는 특별히 제한은 없지만, 높은 신뢰성을 갖는 재료인 질화규소, 산화 티탄, 산화규소, 및 이들의 혼합물이 사용 가능하다. 또한, 이들의 무기계의 절연막 외에 유기 재료, 예를 들면 유기 고분자 재료의 절연막을 적층하여 보유 용량을 형성해도 좋다. 그 때, 절연성, 투명성에 우수한 아크릴계, 또는 에폭시아크릴레이트계의 유기 고분자 재료를 이용하면 좋다.

〔실시예〕

(제1 실시예)

이하, 본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치의 구체적 구성인 본 발명의 제1 실시예에 대해 도 1 및 도 2, 더욱 나중에 설명하는 도 8 및 도 9를 이용하여 설명한다.

본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치(50)의 제조에 있어서, 기판(1)으로서는 두께가 0.7㎜에서 표면을 연마한 유리 기판을 이용한다. 기판(1) 상에는 전극(2, 5, 6, 18)의 단락을 방지하기 위한 절연막(4), 박막 트랜지스터(17) 및 전극(5, 6)을 보호하는 보호 절연막(7)을 형성하여 TFT 기판(51)으로 한다.

도 2는 박막 트랜지스터(17) 및 전극(2, 5, 6)의 구조를 나타내며, 도 2의 (a)는 평면도, 도 2의 (b)는 A-A'선에 따른 단면도, 도 2의 (c)는 B-B'선에 따른 단면도이다. 또한, 도 1은 도 2의 (a)의 C-C'선에 따른 단면도이다.

박막 트랜지스터(17)는 화소 전극(5), 신호 전극(6), 주사 전극(18) 및 비정질 실리콘(19)으로 구성된다. 공통 전극(2)과 주사 전극(18)은 알루미늄막, 그리고 신호 전극(6)과 화소 전극(5)은 크롬막을 패터닝하여 형성하고, 화소 전극(5)과 공통 전극(2)과의 간격 L은 7㎛로 하였다.

또한, 공통 전극(2)과 화소 전극(5)에 대해서는 저저항으로 패터닝이 용이한 크롬막을 사용했지만, ITO 막을 사용하고 투명 전극을 구성하여 보다 높은 휘도 특성의 달성하는 것도 가능하다.

절연막(4)과 보호 절연막(7)은 질화규소로 이루어지고, 막 두께는 각각 0.2㎛와 0.3㎛로 하였다. 또한 그 위에 형성된 보호 절연막(8)은 아크릴계의 유기 고분자로 이루어지고, 막 두께는 0.3㎛로 하였다. 용량 소자는 2개의 화소 전극(5)사이에 결합하는 영역에서 화소 전극(5)과 공통 전극(2)으로 절연막(4)을 사이에 두는 구조로 하여 형성한다. 화소 전극(5)은 도 2의 (a)에서 3개의 공통 전극(2)사이에 배치되어 있다. 화소수는 1024×3(R, G, B에 대응)개의 신호 전극(6)과 768개의 주사 전극(18)으로 구성되는 1024×3×768개로 한다.

이어서, 배향 제어막으로서 p-페닐렌디아민 1.0몰%을 N-메틸2-피롤리돈 내에 용해시키고, 이것에 3, 3', 4, 4'-비페닐테트라카르복실산이무수물 1몰%를 덧붙여 20℃에서 12시간 반응시켜, 표준 폴리스틸렌환산 중량 평균 분자량이 약 50,000의 폴리아민산와니스를 얻었다. 이 와니스를 6% 농도로 희석하여 γ-아미노프로필트리에톡시 실란을 고형분의 0.3 중량% 첨가 후, TFT 기판(51) 위에 인쇄 형성하여 220℃/30분의 열 처리를 행하고, 약 80㎚의 치밀한 폴리이미드 배향 제어막(9)을 형성한다. 이와 같이 형성한 배향 제어막의 표면의 요철은, 화소 전극 및 공통 전극 부근의 단차를 포함해도 약 35㎚ 이하로 평탄화되어 있었다.

이어서, 러빙 롤러에 부착한 버프천으로 배향 제어막 표면을 러빙 처리하여, 액정 배향능을 부여한다.

다른 한쪽 기판(15) 상에는 블랙 매트릭스가 포함된 컬러 필터(13)를 형성하고, 대향 컬러 필터 기판(52)으로 한다. 도 8은 본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치를 구성하는 컬러 필터 기판의 구조를 설명하는 도면이다. 도 8의 (a)는컬러 필터 기판의 평면도이고, 도 8의 (b)는 도 8의 (a)의 A-A'선에 따른 단면도이고, 도 8의 (c)는 도 8의 (a)의 B-B'선에 따른 단면도이다. 격자형의 블랙 매트릭스(14), R, G, B의 3색으로 이루어지는 컬러 필터(13), 컬러 필터 보호막(12)이 형성되어 있다. 컬러 필터 보호막(12) 위에는 TFT 기판(51)과 동일한 배향 제어막(11)을 약 80㎚의 막 두께로 형성하며, 러빙 처리를 실시하여 액정 배향능을 부여한다.

본 실시예에서는 배향능을 부여하는 방법으로서 러빙법을 이용했지만, 그 외의 예를 들면 자외선 경화형 수지 용액을 도포하여 배향 제어막으로 하고, 그것에 편광 자외선광을 조사하여 광화학 반응을 생기게 함에 따라 액정 배향능을 부여하는 방법이나, 수면 상에 전개한 유기 분자막을 기판 상에 올려 형성한 배향성이 좋은 다층막을 배향 제어막으로서 이용하는 방법등도 이용할 수 있다.

특히 후자의 두개의 방법은 종래 충분히 큰 계면 틸트각을 부여하는 것이 곤란하다는 배향 제어 방법이지만, IPS 방식에서는 종래의 TN 방식으로 대표되는 세로 전계 방식과 달리 계면 틸트각이 원리적으로 필요없기 때문에, IPS 방식과의 조합에 의해 양산성 등의 실용성을 향상시킬 수 있다.

이어서, 이들 2매의 기판을 각각의 액정 배향능을 갖는 표면을 서로 대향시켜, 분산시킨 구형의 폴리머비드로 이루어지는 스페이서를 개재시켜 주변부에 시일제를 도포하여 셀을 조립하였다. 2매의 기판의 러빙 방향은 상호 거의 병행하게 또한 인가 전계 방향(26)이 이루는 각도를 75°로 하였다. 이 셀에 유전 이방성 Δε이 플러스로 그 값이 10.2(1㎑, 20℃)이고, 굴절율 이방성 Δn이 0.075(파장590㎚, 20℃), 비틀어짐 탄성 상수 K2가 7.0pN, 네마틱-등방 상전이 온도 T(N-I)가 약 76℃의 네마틱 액정 조성물 A를 진공으로 주입하며, 자외선 경화형 수지로 이루어지는 밀봉재로 밀봉하였다. 액정층의 두께(갭)는 4.2㎛의 액정 패널을 제작하였다. 이 패널의 리터데이션(Δnd)은 약 0.31㎛이 된다. 또한, 이 패널에 이용한 배향 제어막과 액정 조성물과 동등한 것을 이용하여 동종 배향의 셀을 제작하고, 크리스탈로테이션법을 이용하여 액정의 프리틸트각을 측정한 바 약 2도를 나타내었다. 이 패널을 2매의 편광판(16)으로 끼우고, 한쪽의 편광판의 편광 투과축을 상기된 러빙 방향과 거의 평행하게 하고, 다른 쪽을 그것에 직교하도록 배치하였다. 그 후, 구동 회로, 백 라이트등을 접속하여 모듈화하고, 액티브 매트릭스 액정 표시 장치를 얻었다. 본 실시예에서는 저전압으로 암표시, 고전압으로 명표시가 되는 노멀 클로즈 특성으로 하였다.

도 9는 본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치를 구동시키는 시스템의 구성을 설명하는 시스템도이다. 액정 표시 장치(50)는 도 9에 도시된 바와 같이 구동 LSI가 접속되고, TFT 기판(51) 위에 주사 전극 구동용 회로(21), 신호 전극 구동용 회로(22), 공통 전극 구동용 회로(23)를 접속하고, 전원 회로 및 컨트롤 회로(24)로부터 주사 신호 전압, 영상 신호 전압, 타이밍 신호를 공급하고, 액티브 매트릭스 구동을 행하였다. 또한, 도 9에서는 박막 트랜지스터(17)의 부하로서 액정(CLC)과 용량 소자(CS)가 접속되는 모습을 각 화소마다 나타내고 있다.

이어서, 본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치의 표시 품위를 평가한 바, 고품위의 표시가 확인됨과 함께 중간조 표시할 때의 광 시야각이 확인되었다.

또한, 이어서 본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치의 화상의 소인, 잔상을 정량적으로 측정하기 위해 포토다이오드를 조합한 오실로스코프를 이용하여 평가하였다. 우선, 화면 상에 최대 휘도로 윈도우의 패턴을 30분간 표시하고, 그 후 잔상이 가장 눈에 띄는 중간조 표시, 여기서는 휘도가 최대 휘도의 10%가 되도록 전면을 전환하고, 윈도우 엣지부의 패턴이 꺼질 때까지의 시간을 잔상 시간으로서 평가하고, 또한 윈도우의 잔상 부분과 주변 중간조 부분의 휘도 B의 휘도 변동분의 크기 ΔB/B(10%)를 잔상 강도로서 평가하였다. 단, 여기서 허용되는 잔상 강도는 3% 이하이다.

그 결과, 휘도 변동분인 잔상 강도 ΔB/B(10%)는 약 1%이고, 눈으로 확인한 화질 잔상 검사에서도 화상의 소인, 잔상에 의한 표시 얼룩도 일체 보이지 않아 높은 표시 특성을 얻을 수 있었다. 이와 같이 상기 배향 제어막을 사용함으로써 화상의 소인, 잔상의 표시 불량이 저감되는 액정 표시 소자를 얻을 수 있었다.

또한, 이 액정 표시 장치의 TFT 기판측 및 컬러 필터측의 배향 제어막(9, 11)을 각각 깎아내어 KBr을 이용하여 마이크로펠릿을 성형 후 FT-IR의 흡수 스펙트럼을 측정하고, 그 후 그 샘플을 300℃, 1 시간의 소성 이미드화 처리하여 동일한 측정을 행하고, 1500㎝^-1부근의 벤젠 환골격의 C=C 신축 진동 피크 강도 I(C=C)에 대한 1380㎝^-1부근의 이미드 결합의 C-N 신축 진동 피크 강도 I(C-N)의 비율 R=I (C=C)/I(C-N)를 이용하여, 폴리아민산이 거의 완전히 이미드화 반응한다고 상정되는 300℃, 1시간의 소성 이미드화한 샘플의 상기 비율 R0=I0(C=C)/I0(C-N)를 100으로 했을 때의 상대치, 소위 상대 이미드화율(%)=(R/R0)×100={I(C=C)/I(C-N)}/{I0 (C=C)/I0(C-N)1×100을 측정하였다. 그 결과, 상대 이미드화율은 TFT측, 컬러 필터측의 배향 제어막(9, 11) 모두 약 70%이었다.

또한, 이 액정 표시 소자의 액정/배향 제어막 계면의 유리 전이 온도 Tg를 평가하기 위해 핫 스테이지를 이용하여 상기 휘도 변동분 ΔB/B(10%)(잔상 강도)의 온도 의존성을 측정하였다. 그 결과, 실온으로부터 이용한 액정 조성물 A의 네마틱-등방 상전이 온도 T(N-I) 근방의 약 73℃까지는 휘도 변동분 ΔB/B(10%)는 약 3% 이하로 일정한 값을 나타내었다. 또한, 이 액정 조성물 A와 트위스트 탄성 상수, 유전율 이방성 Δε이 거의 동등하며, T(N-I)점이 115℃로 높은 다른 액정 조성물 B를 이용하여, 그 외의 액정 셀 형성 프로세스, 재료를 완전히 동일하게 하여 제작한 액정 표시 소자를 이용하여, 동일한 계면 Tg의 온도 의존성을 측정하였다. 그 결과 약 100℃를 넘은 부근에서 휘도 변동분 ΔB/B(10%)가 서서히 증가하고, 110℃에서는 약 10%에 달하였다. 이상의 결과로부터, 본 실시예에 이용한 액정 표시 소자의 계면 Tg는 약 100℃로 어림잡아 이용한 액정 조성물 A의 T(N-I)점 76℃보다도 높은 것을 알 수 있었다.

(제2 실시예)

이용한 배향 제어막 외에는 제1 실시예와 같이 함으로써, m-페닐렌디아민1.0몰%를 N-메틸-2-피롤리돈 내에 용해시키고, 이것에 3, 3', 4, 4'-디페닐에테르테트라카르복실산이무수물 1.0몰%를 가하여 40℃에서 6시간 반응시키고, 표준 폴리스틸렌 환산 중량 평균 분자량이 약 20,000의 폴리아민산와니스를 얻었다. 이 와니스를 6% 농도로 희석하여 γ-아미노프로필트리에톡시 실란을 고형분의 0.3 중량% 첨가 후, 인쇄 형성하여 225℃/30분의 열 처리를 행하고, 약 60㎚의 치밀한 폴리이미드 배향 제어막을 형성하였다.

또한, 상기된 바와 같은 제법으로 얻은 폴리이미드 배향 제어막의 표면 탄성율을 주사형 점탄성 현미경(Scanning Viscoelasticity Microscopy, SVM이라고 약기함) 장치를 이용하여 평가하였다. 여기서, 표면 탄성율 측정의 원리에 대해 간단히 설명한다. SVM은 최근 일반적으로 잘 알려져 있는 원자간력 현미경(Atomic Force Microscopy, AFM이라고 약기함) 장치를 응용하여, AFM의 프로브와 샘플 표면에 척력이 작용하는 영역, 즉 프로브가 표면에 변형을 제공하는 상태에서 피에조 소자를 이용하여 샘플에 강제적으로 정현적 진동(왜곡)을 제공하고, 프로브로부터의 동일 주기의 응답 진동(응력)을 검출한다. 이 응력과 왜곡 신호의 진폭 및 위상차로부터 샘플 표면의 동적 점탄성 관계를 평가하는 것이다(자세하게는 田中敬二 외, 고분자론 문집, 53권(No.10), 1996, p582.에 기재되어 있음).

이 장치를 이용하여, 상기된 폴리이미드 배향 제어막의 10㎐의 표면 탄성율을 측정한 결과약 3GPa라는 값을 얻었다.

제1 실시예와 마찬가지로, 이와 같이 제작한 액정 표시 장치의 화상의 소인, 잔상을 정량적으로 측정하기 위해 포토다이오드를 조합한 오실로스코프를 이용하여 평가하였다. 우선, 화면 상에 최대 휘도로 윈도우의 패턴을 30분간 표시하고, 그 후 잔상이 가장 눈에 띄는 중간조 표시, 여기서는 휘도가 최대 휘도의 10%가 되도록 전면을 전환하고, 윈도우 엣지부의 패턴이 꺼질 때까지의 시간을 잔상 시간으로서 평가하고, 또한 윈도우의 잔상 부분과 주변 중간조 부분의 휘도 B의 휘도 변동분의 크기 ΔB/B(10%)를 잔상 강도로서 평가하였다. 단, 여기서 허용되는 잔상 강도는 3% 이하이다.

그 결과를 휘도 변동분인 잔상 강도 ΔB/B(10%)는 약 2%이고, 눈으로 확인한 화질 잔상 검사에서도 화상의 소인, 잔상에 따른 표시 얼룩도 일체 보이지 않아 높은 표시 특성을 얻을 수 있었다. 이와 같이 상기 배향 제어막을 사용함으로써 화상의 소인, 잔상의 표시 불량이 저감되는 액정 표시 소자를 얻을 수 있었다.

또한, 제1 실시예와 같은 방법으로 배향 제어막의 상대 이미드 화율, 및 이 액정/배향 제어막의 계면 Tg를 평가한 결과, 상대 이미드화율은 TFT 기판측, 컬러 필터 기판측 모두 약 72%, 이 계면 Tg는 약 95℃이고, 이용한 액정 조성물 A의 T(N-I)= 76℃ 이상이었다.

(제3 실시예)

이용한 배향 제어막 외에는 제1 실시예와 같이 함으로써, 4, 4'-디아미노디페닐메탄 1.0몰%를 N-메틸-2-피롤리돈과 디메틸아세트아미드의 혼합 용매 중에 용해시키고, 이것에 1, 2, 3, 4-시클로펜탄테트라카르복실산이무수물 1.0몰%을 첨가하여 30℃에서 12 시간 반응시키고, 그 후 메틸에스테르화 처리를 행하고, 표준 폴리스틸렌환산 중량 평균 분자량이 약 12,000∼150,000의 폴리아민산메틸에스테르의 와니스를 제작하였다. 그 후 이 와니스를 겔 침투 크로메토그래피를 이용하여 중량 평균 분자량이 약 80,000, 중량 평균 분자량/수 평균 분자량(MW/MN)이 1.51의 단분산 폴리아민산와니스로 분집하였다. 이 와니스를 6% 농도로 희석하여 γ-아미노프로필트리에톡시 실란을 고형분으로 0.3중량% 첨가 후, 인쇄 형성하여 220℃/30분의 열 처리를 행하고, 약 60㎚의 치밀한 폴리이미드 배향 제어막을 형성하였다. 이와 같이 형성한 배향 제어막 표면의 요철은, 화소 전극 및 공통 전극 부근의 단차를 포함해도 약 40㎚ 이하로 평탄화되어 있었다. 또한, 이 패널에 이용한 배향 제어막과 액정 조성물과 동등한 것을 이용하여 동종 배향의 셀을 제작하고, 크리스탈로테이션법을 이용하여 액정의 프리틸트각을 측정한 바 약 3도를 나타내었다.

실시예 1과 같이 이용한 배향 제어막의 상대 이미드화율을 측정한 바, TFT 기판측, 컬러 필터 기판측 모두 약 75%의 상대 이미드화율을 나타내었다. 또한, 이와 같이 제작한 액정 표시 장치의 화상의 소인, 잔상을 정량적으로 측정하기 위해, 포토다이오드를 조합한 오실로스코프를 이용하여 제1 실시예와 동일한 평가를 하였다. 우선, 화면 상에 최대 휘도로 윈도우의 패턴을 30분간 표시하고, 그 후 잔상이 가장 눈에 띄는 중간조 표시, 여기서는 휘도가 최대 휘도의 10%가 되도록 전면을 전환하고, 윈도우 엣지부의 패턴이 꺼질 때까지의 시간을 잔상 시간으로서 평가하고, 또한 윈도우의 잔상 부분과 주변 중간조 부분의 휘도 B의 휘도 변동분의 크기 ΔB/B (10%)를 잔상 강도로서 평가하였다. 단, 여기서 허용되는 잔상 강도는 3% 이하이다.

그 결과를 휘도 변동분인 잔상 강도 ΔB/B(10%)는 약 2%이고, 눈으로 확인한 화질 잔상 검사에서도, 화상의 소인, 잔상에 의한 표시 얼룩도 일체 보이지 않아 높은 표시 특성을 얻을 수 있었다. 이와 같이 상기 배향 제어막을 사용함으로써 화상의 소인, 잔상의 표시 불량이 저감되는 액정 표시 소자를 얻을 수 있었다.

또한, 제1 실시예와 같은 방법으로 평가한 배향 제어막의 상대 이미드화율은 TFT 기판측, 컬러 필터 기판측 모두 약 65%였다. 또한 이 폴리이미드 배향 제어막의 유리 전이점 Tg를 주사형 서멀 현미경을 이용하여 평가하였다. 이것은 원자간력 현미경 AFM의 프로브를 대신하여 미소한 열전쌍을 이용하여 표면의 마이크로 시차 열 분석을 행하는 장치이고, 이에 따라 본 실시예의 배향 제어막의 Tg를 평가한 결과, 약 225℃라는 값을 얻었다.

(제4 실시예)

이하, 본 발명의 제2 실시예인 액정 표시 장치의 구체적 구성인, 제4 실시예에 대해 도 3 및 도 4를 이용하여 설명한다.

본 발명의 제4 실시예인 액정 표시 장치(150)의 제조에 있어서 기판(101)으로는 두께가 0.7㎜로 표면을 연마한 유리 기판을 이용한다. 기판(101) 상에는 전극(102, 105, 106, 118)의 단락을 방지하기 위한 절연막(104), 박막 트랜지스터(117) 및 전극(105, 106)을 보호하는 보호 절연막(107)을 형성하여 TFT 기판(151)으로 한다.

도 4는 박막 트랜지스터(117) 및 전극(102, 105, 106)의 구조를 나타내는 평면도이다.

박막 트랜지스터(117)는 화소 전극(105), 신호 전극(106), 주사 전극(118) 및 비정질 실리콘(119)으로 구성된다. 주사 전극(118)은 알루미늄막을 패터닝하고, 신호 전극(106)은 크롬막을 패터닝하고, 그리고 공통 전극(102)과 화소 전극(105)은 ITO를 패터닝하여 형성한다.

절연막(104)과 보호 절연막(107)은 질화규소로 이루어지고, 막 두께는 각각 0.5㎛과 0.3㎛로 하였다. 또한 그 위에 형성된 보호 절연막(108)은 유전율 약 4의 아크릴계의 유기 고분자로 이루어지고, 막 두께는 약 0.2㎛로 하고, 표시 영역의 공통 전극(102), 화소 전극(105)의 단차 기인의 표면의 요철을 평탄화하였다. 용량 소자(120)는 2개의 화소 전극(105)사이에 결합하는 영역 및 개구부 영역에서 화소 전극(105)과 공통 전극(102)으로 절연막(104)을 끼우는 구조로서 형성한다. 화소 전극(105)은 도 4에서 3개의 공통 전극(102)사이에 배치되어 있다. 또한, 본 실시예에서는 공통 전극을 3개로 하고 있지만, 화소 전극 사이의 빗살 모양 부분의 간격을 좁혀 빗살 무늬 부분의 갯수를 늘리고, 그에 대응하여 공통 전극의 갯수를 증가시키는 것도 가능하다. 화소수는 1024×3(R, G, B에 대응)개의 신호 전극(106)과 768개의 주사 전극(108)으로 구성되는 1024×3×768개로 한다.

이어서, TFT 기판(51) 위에는 제1 실시예와 같은 폴리이미드계 배향 제어막(109)을 80㎚의 막 두께로 형성하고, 표면의 요철의 단차는 약 48㎚가 되고, 전극에 의한 단차 약 150㎚을 대폭 평탄화하였다. 또한 그 평탄화된 표면에는 액정을 배향시키기 위한 러빙 처리를 실시하여 액정 배향능을 부여하였다.

기판(115) 상에는 본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치(50)와 동일한 구성의 블랙 매트릭스(114)가 포함된 컬러 필터(113)를 형성하고, 대향 컬러 필터 기판(152)으로 하였다. 컬러 필터 보호막(112) 위에는 TFT 기판(151)과 동일한 배향 제어막(111)을 80㎚의 막 두께로 형성하고, 러빙 처리를 실시하여 액정 배향능을 부여한다.

TFT 기판(151) 및 컬러 필터 기판(152)에서의 배향 제어막(109, 111)의 러빙 방향은 상호 거의 평행으로 하고, 또한 인가 전계(126)의 방향이 이루는 각도를 75도로 하였다. 이들 기판사이에 평균 입경이 4㎛의 고분자 비드를 스페이서로서 분산하고, TFT 기판(151)과 컬러 필터 기판(152)사이에 액정(110)을 끼웠다.

액정(110)은 제1 실시예와 동일 액정 조성물 A를 이용하였다. 이 액정 조성물 A의 평균 유전율 ε_LC는 약 10이었다.

TFT 기판(151)과 컬러 필터 기판(152)을 끼우는 2매의 편광판(116)은 클로스니콜로 배치하였다. 그리고, 제4 실시예인 액정 표시 장치(150)에서는 저전압에서 암상태, 고전압에서 명상태를 취하는 노멀 클로즈 특성을 채용하였다.

그리고, 본 발명의 제4 실시예인 액정 표시 장치를 구동시키는 시스템의 구성은 제1 실시예와 마찬가지이므로 구성의 상세한 내용은 생략한다.

이어서, 본 발명의 제4 실시예인 액정 표시 장치의 표시 품위를 평가한 바, 고품위의 표시가 확인됨과 함께 중간조 표시할 때의 광 시야각이 확인되었다.

또한, 이어서 이와 같이 제작한 액정 표시 장치의 화상의 소인, 잔상을 정량적으로 측정하기 위해 포토다이오드를 조합한 오실로스코프를 이용하여 평가하였다. 우선, 화면 상에 최대 휘도로 윈도우의 패턴을 30분간 표시하고, 그 후 잔상이 가장 눈에 띄는 중간조 표시, 여기서는 휘도가 최대 휘도의 10%가 되도록 전면을 전환하고, 윈도우 엣지부의 패턴이 꺼질 때까지의 시간을 잔상 시간으로서 평가하고, 또한 윈도우의 잔상 부분과 주변 중간조 부분의 휘도 B의 휘도 변동분의 크기 ΔB/B (10%)를 잔상 강도로서 평가하였다. 단, 여기서 허용되는 잔상 강도는 3% 이하이다.

그 결과, 휘도 변동분인 잔상 강도 ΔB/B(10%)는 약 2%이고, 눈으로 확인한 화질 잔상 검사에서도 화상의 소인, 잔상에 의한 표시 얼룩도 보이지 않아 높은 표시 특성을 얻을 수 있었다. 이와 같이 상기 배향 제어막을 사용함으로써 화상의 소인, 잔상의 표시 불량이 저감되는 액정 표시 소자를 얻을 수 있었다.

또한, 제1 실시예와 같은 방법으로 배향 제어막의 상대 이미드화율, 및 이 액정/배향 제어막의 계면 Tg를 평가한 결과, 상대 이미드화율은 TFT 기판측, 컬러 필터 기판측 모두 약 76%, 이 계면 Tg는 약 90℃이고, 이용한 액정 조성물 A의 T (N-I)=76℃ 이상이었다. 또한, 실시예3과 같은 방법으로 이 폴리이미드 배향 제어막의 유리 전이점 Tg를 주사형 서멀 현미경을 이용하여 평가한 결과, 약 230℃이라는 값을 얻었다.

(제5 실시예)

본 발명의 액정 표시 장치의 제5 실시예는 도 5에 도시된 바와 같이 화소 전극(105) 바로 윗쪽에 형성되는 보호 절연막이 참조 번호(108)의 한층으로 이루어지고, 질화규소로 이루어지는 보호 절연막(107)이 유효한 표시 영역에는 없는 구성으로 되어 있는 것외에는 거의 제4 실시예와 동일하다.

화소 전극(105) 위에 형성된 보호 절연막(108)은 유전율 약 4의 에폭시아크릴레이트계의 유기 고분자 재료로 이루어지고, 막 두께는 약 0.3㎛로 하여, 표시 영역의 공통 전극(102), 화소 전극(105)의 단차 기인의 표면의 요철을 평탄화하였다.

이어서, 그 보호 절연막(108) 상에는 제1 실시예와 같은 폴리이미드계 배향 제어막(109)을 80㎚의 막 두께로 형성한 바, 표면 요철의 단차는 약 30㎚가 되고, 전극에 의한 단차 약 150㎚을 대폭 평탄화하였다. 또한 그 평탄화된 표면에는 액정을 배향시키기 위한 러빙 처리를 실시하여 액정 배향능을 부여하였다. 이하 상세한 내용은 생략한다.

이어서, 본 발명의 제5 실시예인 액정 표시 장치의 표시 품위를 평가한 바, 고품위의 표시가 확인됨과 함께 중간조 표시할 때에의 광 시야각이 확인되었다.

또한, 이와 같이 제작한 액정 표시 장치의 화상의 소인, 잔상을 정량적으로 측정하기 위해, 포토다이오드를 조합한 오실로스코프를 이용하여 평가하였다. 우선, 화면 상에 최대 휘도로 윈도우의 패턴을 30분간 표시하고, 그 후 잔상이 가장 눈에 띄는 중간조 표시, 여기서는 휘도가 최대 휘도의 10%가 되도록 전면을 전환하고, 윈도우 엣지부의 패턴이 꺼질 때까지의 시간을 잔상 시간으로서 평가하고, 또한 윈도우의 잔상 부분과 주변 중간조 부분의 휘도 B의 휘도 변동분의 크기 ΔB/B(10%)를 잔상 강도로서 평가하였다. 단, 여기서 허용되는 잔상 강도는 3% 이하이다.

그 결과, 휘도 변동분인 잔상 강도 ΔB/B(10%)는 약 2.5%이고, 눈으로 확인한 화질 잔상 검사에서도 화상의 소인, 잔상에 따른 표시 얼룩도 볼 수 없어 높은 표시 특성을 얻을 수 있었다. 이와 같이 상기 배향 제어막을 사용함으로써 화상의 소인, 잔상의 표시 불량이 저감되는 액정 표시 소자를 얻을 수 있었다.

(제6 실시예)

본 발명의 액정 표시 장치의 제6 실시예는 제4 실시예와 사용한 액정, 배향 제어막이 다르고, 그에 따라 러빙 처리의 방향이 다르다. 또한 보호 절연막(108)에 유전율 약4의 에폭시아크릴레이트계의 유기 고분자를 이용하고, 막 두께를 약 0.4㎛로 하여 전극 단차 기인의 표면의 요철을 평탄화하였다. 그 외에는 제4 실시예와 동일한 구성이다. 따라서, 구성의 상세한 내용은 생략한다.

제5 실시예인 액정 표시 장치를 구성하는 액정은, 시아노 구조를 분자 내에 갖고, -2.2의 마이너스의 유전 이방성을 갖고, Δn은 0.1의 액정 조성물 B이다. 이 액정 조성물 B의 평균 유전율 ε_LC는 약 4.5이었다. 또한, 배향 제어막에는 제3 실시예에서 이용한 폴리아민산메틸에스테르를 이용하고, 인쇄 형성하여 230℃/30분의 열 처리를 행하고, 약 60㎚의 치밀한 폴리이미드 배향 제어막을 형성하고, 배향 제어막 표면의 요철 단차는 전극 부근에서도 약 20㎚로 평탄화하였다. 따라서, TFT 기판측, 컬러 필터 기판측의 배향 제어막의 러빙 방향은 상호 거의 평행하지만 인가 전계(126)의 방향이 이루는 각도를 15도로 하였다.

그리고, 본 발명의 제5 실시예인 액정 표시 장치를 구동한 바, 본 발명의 제5 실시예인 액정 표시 장치에 비해 고전압측에서의 구동이 되었지만, 그 표시 품위를 평가한 바 고품위의 표시가 확인됨과 함께 중간조 표시할 때의 광 시야각이 확인되었다.

제1 실시예와 마찬가지로, 이용한 배향 제어막의 상대 이미드화율을 측정한바, TFT 기판측, 컬러 필터 기판측 모두 약 78%의 상대 이미드화율을 나타내었다. 또한, 이와 같이 제작한 액정 표시 장치의 화상의 소인, 잔상을 정량적으로 측정하기 위해 포토다이오드를 조합한 오실로스코프를 이용하여 제1 실시예와 같은 평가를 하였다. 우선, 화면 상에 최대 휘도로 윈도우의 패턴을 30분간 표시하고, 그 후 잔상이 가장 눈에 띄는 중간조 표시, 여기서는 휘도가 최대 휘도의 10%가 되도록 전면을 전환하고, 윈도우 엣지부의 패턴이 꺼질 때까지의 시간을 잔상 시간으로서 평가하고, 또한 윈도우의 잔상 부분과 주변 중간조 부분의 휘도 B의 휘도 변동분의 크기 ΔB/B(l0%)를 잔상 강도로서 평가하였다. 단, 여기서 허용되는 잔상 강도는 3% 이하이다.

그 결과를 휘도 변동분인 잔상 강도 ΔB/B(10%)는 약 1.6%이고, 눈으로 확인한 화질 잔상 검사에서도, 화상의 소인, 잔상에 따른 표시 얼룩도 일체 보이지 않아 높은 표시 특성을 얻을 수 있었다. 이와 같이 상기 배향 제어막을 사용함으로써 화상의 소인, 잔상의 표시 불량이 저감되는 액정 표시 소자를 얻을 수 있었다.

(제7 실시예)

이하, 본 발명의 제3 실시예인 액정 표시 장치의 구체적 구성인, 본 발명의 제7 실시예에 대해 도 6 및 도 7을 이용하여 설명한다.

본 발명의 제7 실시예인 액정 표시 장치(250)의 제조에 있어서, 기판(201)으로는 두께가 0.7㎜로 표면을 연마한 유리 기판을 이용한다. 기판(201) 상에는 전극(202, 205, 206, 218)의 단락을 방지하기 위한 절연막(204), 박막 트랜지스터(217), 박막 트랜지스터(217) 및 전극(205, 206)을 보호하는 보호 절연막(207)을 형성하여 TFT 기판(251)으로 한다.

도 7은 박막 트랜지스터(217) 및 전극(202, 205, 206)의 구조를 나타낸다.

박막 트랜지스터(217)는 화소 전극(205), 신호 전극(206), 주사 전극(218) 및 비정질 실리콘(219)으로 구성된다. 주사 전극(218)은 알루미늄막을 패터닝하고, 신호 전극(206)은 크롬막을 패터닝하고, 그리고 공통 전극(202)과 화소 전극(205)은 ITO를 패터닝하여 형성한다.

절연막(204)과 보호 절연막(207)은 질화규소로 이루어지고, 막 두께는 각각 0.2㎛과 0.3㎛로 하였다. 용량 소자는 화소 전극(205)과 공통 전극(202)으로 절연막(204, 207)을 사이에 두는 구조로서 형성한다. 또한 화소 전극(205) 위에 유전율 약 4의 아크릴계 유기 고분자 재료로 이루어지는 보호 절연막(208)을 0.3㎛ 형성하였다.

화소 전극(205)은 베타 형상의 공통 전극(202) 상층에 중첩하는 형태로 배치되어 있다. 화소수는 1024×3(R, G, B에 대응)개의 신호 전극(206)과 768개의 주사 전극(218)으로 구성되는 1024×3×768개로 한다.

이어서, TFT 기판(251) 위에는 제1 실시예와 동일한 폴리이미드 배향 제어막(209)을 약 80㎚의 막 두께로 형성하고, 그 표면에는 액정을 배향시키기 위한 러빙 처리를 실시하여 액정 배향능을 부여하였다. 그 결과, 화소 전극(205) 주위의 표면의 요철 단차는 약 20㎚이 되고, 화소 전극의 단차 약 140㎚을 대폭 평탄화하였다.

기판(215) 상에는 본 발명의 제1 실시예인 액정 표시 장치(50)와 동일한 구성의 블랙 매트릭스(214)가 포함된 컬러 필터(213)를 형성하고, 대향 컬러 필터 기판(252)으로 하였다. 컬러 필터 보호막(212) 위에는 TFT 기판(251)과 동일한 배향 제어막(211)을 80㎚의 막 두께로 형성하여, 러빙 처리를 실시한다.

TFT 기판(251) 및 컬러 필터 기판(252)에서의 배향 제어막(209, 211)의 러빙 방향은 상호 거의 평행하게 하고, 또한 인가 전계(226)의 방향이 이루는 각도를 75도로 하였다. 이들 기판 사이에 평균 입경이 3㎛의 고분자 비드를 스페이서로서 분산하고, TFT 기판(251)과 컬러 필터 기판(252) 사이에 액정(210)을 끼웠다.

액정(210)은, 제1 실시예와 동일한 액정 조성물 A를 이용하였다. 이 액정 조성물 A의 평균 유전율ε_LC는 약 10이었다.

TFT 기판(251)과 컬러 필터 기판(252)을 끼우는 2매의 편광판(216)은 크로스니콜로 배치하였다. 그리고, 제6 실시예인 액정 표시 장치(250)에서는 저전압에서 암상태, 고전압에서 명상태를 취하는 노멀 클로즈 특성을 채용하였다.

그리고, 본 발명의 제7 실시예인 액정 표시 장치를 구동시키는 시스템의 구성은 제1 실시예와 마찬가지이므로 구성의 상세한 내용은 생략한다.

이어서, 본 발명의 제7 실시예인 액정 표시 장치의 표시 품위를 평가한 바, 고품위의 표시가 확인됨과 함께 중간조 표시할 때의 광 시야각이 확인되었다. 또한, 제1 실시예와 마찬가지로 이와 같이 제작한 액정 표시 장치의 화상의 소인, 잔상을 정량적으로 측정하기 위해, 포토다이오드를 조합한 오실로스코프를 이용하여 평가하였다. 우선, 화면 상에 최대 휘도로 윈도우의 패턴을 30분간 표시하고, 그후 잔상이 가장 눈에 띄는 중간조 표시, 여기서는 휘도가 최대 휘도의 10%가 되도록 전면을 전환하고, 윈도우 엣지부의 패턴이 꺼질 때까지의 시간을 잔상 시간으로서 평가하고, 또한 윈도우의 잔상 부분과 주변 중간조 부분의 휘도 B의 휘도 변동분의 크기 ΔB/B(10%)를 잔상 강도로서 평가하였다. 단, 여기서 허용되는 잔상 강도는 3% 이하이다.

또한, 제1 실시예와 같은 방법으로 이 액정/배향 제어막의 계면 Tg를 평가한 결과, 이 계면 Tg는 약 105℃이고, 이용한 액정 조성물 A의 T(N-I)=76℃이상이었다. 또한 제1 실시예와 같은 주사형 점탄성 현미경(SVM) 장치를 이용하여, 상기된 폴리이미드 배향 제어막의 50㎐의 표면 탄성율을 측정한 결과, 약 4GPa라는 값을 얻었다.

(제8 실시예)

이용한 배향 제어막 외에는 제1 실시예와 같이 함으로써 디아민 화합물로서 4, 4'-디아미노디페닐메탄과, 산이무수물로서 1, 2, 3, 4-시클로부탄테트라카르복실산이무수물로 이루어지는 폴리아민산을 기판 표면에 인쇄 형성하여, 230℃, 30분의 소성, 이미드화를 행하고, 막 두께 약 50㎚, 표면의 요철 단차는 약 20㎚로 제막하였다. 그 후, 그 표면에 파장 313㎚의 편광 광 조사에 의한 빛 배향 처리를행하였다.

그 후, 제1 실시예와 같이 네마틱 액정 조성물 A를 봉입 후, 100℃, 10분의 어닐링을 실시하고, 상기된 조사 편광 방향에 대해 거의 수직 방향으로 양호한 액정 배향을 얻었다.

이와 같이 함으로써, 액정층의 두께 d가 4.0㎛의 액정 표시 장치를 얻었다. 또한, 이 패널에 이용한 배향 제어막과 액정 조성물과 동등한 것을 이용하여 동종 배향의 셀을 제작하고, 크리스탈로테이션법을 이용하여 액정의 프리틸트각을 측정한 바 약 1도를 나타내었다.

제1 실시예와 같은 방법으로 이 액정/배향 제어막의 계면 Tg를 평가한 결과, 이 계면 Tg는 약 85℃이고, 이용한 액정 조성물 A의 T(N-I)=76℃이상이었다. 또한, 제1 실시예와 같이 윈도우 패턴을 이용하여, 이와 같이 제작한 액정 표시 장치의 화상의 소인, 잔상을 정량적으로 평가한 결과, 휘도 변동분인 잔상 강도 ΔB/B(10%)는 약 3%이고, 눈으로 확인한 화질 잔상 검사에서도 화상의 소인, 잔상에 따른 표시 얼룩도 일체 보이지 않아 높은 표시 특성을 얻을 수 있었다.

또한, 이 배향 제어막의 상대 이미드화율을 평가한 바, 약 80%이다.

(제9 실시예)

제8 실시예와 같은 폴리아민산계의 배향 제어막을 기판 표면에 도포 후, 220℃, 30분의 소성, 이미드화를 행하고, XeC12 가스의 엑시머 레이저를 이용하여 파장 308㎚의 편광 광 조사에 의한 빛 배향 처리를 행하였다.

그 후, 제4 실시예와 같이 네마틱 액정 조성물 A를 봉입 후, 100℃, 10분의어닐링을 실시하고, 상기된 조사 편광 방향에 대해 거의 수직 방향으로 양호한 액정 배향을 얻었다.

이와 같이 하여, 액정층의 두께 d가 4.0㎛의 액정 표시 장치를 얻었다. 또한, 이 패널에 이용한 배향 제어막과 액정 조성물과 동등한 것을 이용하여 동종 배향의 셀을 제작하고, 크리스탈로테이션법을 이용하여 액정의 프리틸트각을 측정한 바 약 1도를 나타내었다.

실시예3과 같은 방법으로 이 배향 제어막의 Tg를 평가한 결과, Tg는 약 225℃이고, 이용한 액정 조성물 A의 T(N-I)=76℃이상이었다. 또한, 제1 실시예와 같이 윈도우 패턴을 이용하여, 이와 같이 제작한 액정 표시 장치의 화상의 소인, 잔상을 정량적으로 평가한 결과, 휘도 변동분인 잔상 강도 ΔB/B(10%)는 약 2%이고, 눈으로 확인한 화질 잔상 검사에서도 화상의 소인, 잔상에 따른 표시 얼룩도 일체 보이지 않아, 높은 표시 특성을 얻을 수 있었다. 또한 상기 배향 제어막의 상대 이미드화율을 평가한 바 약 76% 이었다.

(비교예1)

이용한 배향 제어막 외에는 제1 실시예와 같이 함으로써 디아민 화합물로서 2, 2-비스{4-(p-아미노페녹시)페닐} 헥산과, 산무수물로서 3, 3', 4, 4'-벤조페논테트라카르복실산이무수물로 이루어지는 폴리아민산와니스를 기판 표면에 인쇄 형성하여, 200℃/30분의 열 처리를 행하고, 약 70㎚의 치밀한 폴리이미드 배향 제어막을 형성하였다. 또한, 이 액정 표시 장치에 이용한 배향 제어막, 액정 조성물과 동등한 것을 이용하여 동종 배향의 셀을 제작하고, 크리스탈로테이션법을 이용하여액정의 프리틸트각을 측정한 바 약 7도를 나타내었다.

이어서, 제1 실시예와 마찬가지로 이와 같이 제작한 액정 표시 장치의 화상의 소인, 잔상을 정량적으로 측정 평가하였다. 우선, 화면 상에 최대 휘도로 윈도우의 패턴을 30분간 표시하고, 그 후 잔상이 가장 눈에 띄는 중간조 표시로 전면을 전환하고, 윈도우 엣지부 패턴이 꺼질 때까지의 시간을 잔상 시간, 및 윈도우의 잔상 부분과 주변 중간조 부분의 휘도 B의 휘도 변동분의 크기 ΔB/B(10%)를 잔상 강도로 하여 평가하였다. 단, 여기서 허용되는 잔상 강도는 3% 이하이다.

그 결과, 휘도 변동분인 잔상 강도 ΔB/B(10%)는 약 5%로 크고, 잔상이 소실하기까지의 시간도 약 30분 걸리며, 눈으로 확인하는 화질 잔상 검사에서도 분명한 화상의 소인, 잔상에 따른 표시 얼룩으로서 확인되었다. 이와 같이 상기 배향 제어막을 사용함으로써 화상의 소인, 잔상에 따른 표시 불량이 눈에 띄었다.

또한, 제1 실시예와 같은 방법으로 이 배향 제어막의 상대 이미드화율을 평가한 결과, TFT측, 컬러 필터측 모두 약 56%였다. 또한 제2 실시예와 같은 주사형 점탄성 현미경(SVM) 장치를 이용하여, 상기된 폴리이미드 배향 제어막의 10㎐의 표면 탄성율을 측정한 결과, 약 0.3GPa라는 값을 얻었다.

(비교예2)

절연막(104)을 막 두께 0.6㎛의 질화규소로 형성 후, 그 상부에 화소 전극(105)을 ITO로 형성하고, 또한 그 위에는 보호 절연막(107)을 막 두께 0.2㎛의 질화규소로 형성, 그 후에는 보호 절연막(108)을 형성하지 않고 직접 폴리아민산계 배향 제어막(109)을 약 60㎚의 막 두께로 형성하였다. 그 결과, 화소 전극(205)주위 표면의 요철 단차는 약 150㎚이고, 화소 전극 그 자체의 단차 형상과 거의 변함이 없었다.

그 외의 구성은 제4 실시예와 같이 함으로써 액정 표시 장치를 작성하고, 액정 표시 장치의 화상의 소인, 잔상을 정량적으로 측정 평가하였다. 우선, 화면 상에 최대 휘도로 윈도우의 패턴을 30분간 표시하고, 그 후 잔상이 가장 눈에 띄는 중간조 표시에 전면을 전환하고, 윈도우 엣지부의 패턴이 꺼질 때까지의 시간을 잔상 시간, 및 윈도우의 잔상 부분과 주변 중간조 부분의 휘도 B의 휘도 변동분의 크기 ΔB/B (10%)를 잔상 강도로서 평가하였다. 단, 여기서 허용되는 잔상 강도는 3% 이하이다.

그 결과, 휘도 변동분인 잔상 강도 ΔB/B(10%)는 약 5%로 크고, 잔상이 소실할 때까지의 시간도 약 30분 걸려, 눈으로 확인한 화질 잔상 검사에서도 분명한 화상의 소인, 잔상에 따른 표시 얼룩으로서 확인되었다.

본 발명에 따르면, 액정을 거의 기판면 내에서 회전 동작시켜 액정의 복 굴절성을 이용하여 표시를 행하는 IPS 방식의 액정 표시 장치에 있어서, 화상의 소인, 잔상 현상에 따른 표시 얼룩이 적은 고화질이면서 양산성이 우수한 액정 표시 장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.

Claims

적어도 한쪽이 투명한 한쌍의 기판과, 상기 한쌍의 기판사이에 협지된 액정층과, 상기 한쌍의 기판 중 적어도 한쪽 기판에 화소 전극 및 공통 전극 및 능동 소자를 배치하고, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극사이에 전압을 인가함으로써 상기 액정층의 액정을 제어하여 표시를 행하는 액정 표시 장치에 있어서,

상기 한쌍의 기판 상의 상기 액정층에 접촉하는 각각의 면 상에는 배향 제어막을 포함하고,

상기 배향 제어막은, 상대 이미드화율 60% 이상의 폴리아민산계 또는 폴리아민산에스테르계의 유기 고분자인 액정 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 배향 제어막은 상대 이미드화율 70% 이상의 폴리아민산계 또는 폴리아민산에스테르계의 유기 고분자인 액정 표시 장치.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 능동 소자는 박막 트랜지스터인 액정 표시 장치.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 화소 전극과 상기 공통의 전극 중 적어도 한쪽은, 투명 전극으로 구성되어 있는 액정 표시 장치.
제4항에 있어서,

상기 투명 도전막은 이온 도핑 산화 티탄막, 또는 이온 도핑 산화아연막(ZnO)으로 구성되는 액정 표시 장치.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액정층과 상기 한쌍의 기판의 2개의 계면에서의 액정 분자의 배향 제어 방향은 거의 동일 방향인 액정 표시 장치.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 아민산에스테르계의 유기 고분자가 메틸에스테르기, 에틸에스테르기, 프로필에스테르기 중 적어도 1종 이상을 포함하는 액정 표시 장치.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 한쌍의 배향 제어막 중 적어도 한쪽이, 빛 반응성의 재료층인 액정 표시 장치.
제8항에 있어서,

상기 광 반응성의 재료층에, 거의 직선으로 편광한 빛을 조사하여 배향 제어막을 형성하는 액정 표시 장치.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액정층의 프리틸트각이 5도 이하인 액정 표시 장치.
적어도 한쪽이 투명한 한쌍의 기판과, 상기 한쌍의 기판 사이에 협지된 액정층과, 상기 한쌍의 기판 중 적어도 한쪽 기판에 화소 전극 및 공통 전극 및 능동 소자를 배치하고, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극사이에 전계를 인가함으로써 상기 액정층의 액정을 제어하여 표시를 행하는 액정 표시 장치에 있어서,

상기 한쌍의 기판 상의 상기 액정층에 접촉하는 각각의 면 상에 배향 제어막을 형성하고,

상기 전극이 형성되어 있는 기판측의 상기 배향 제어막과, 상기 화소 전극 또는 상기 공통 전극 중 상기 배향 제어막에 가까운 전극사이에는, 적어도 1층 이상의 절연막을 배치한 액정 표시 장치.
적어도 한쪽이 투명한 한쌍의 기판과, 상기 한쌍의 기판 사이에 협지된 액정층과, 상기 한쌍의 기판 중 적어도 한쪽 기판에 화소 전극 및 공통 전극 및 능동 소자를 배치하고, 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극사이에 전계를 인가함으로써 상기 액정층의 액정을 제어하여 표시를 행하는 액정 표시 장치에 있어서,

상기 화소 전극과 상기 공통 전극사이에는 적어도 2층 이상의 절연막을 배치한 액정 표시 장치.
제11항 또는 제12항에 있어서,

전극이 형성되어 있는 기판측의 상기 배향 제어막과, 상기 화소 전극 또는 상기 공통 전극 중 상기 배향 제어막에 가까운 전극사이에 개재하는 상기 절연막의 두께 T가, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극의 간격 L의 1/4 이상의 두께인 액정 표시 장치.
제11항 또는 제12항에 있어서,

전극이 형성되어 있는 기판측의 상기 배향 제어막과, 상기 화소 전극 또는 상기 공통 전극 중 상기 배향 제어막에 가까운 전극사이에 개재하는 상기 절연막의 두께 T가, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극의 간격 L의 1/2 이상의 두께인 액정 표시 장치.
제11항에 있어서,

상기 절연막의 유전율 ε_PAS의 크기가 상기 액정층의 평균 유전율ε_LC이하인 액정 표시 장치.
제11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,

액정의 동작에 따른 광학 특성의 변화가 표시에 기여하는 표시 영역 내의 상기 화소 전극과 상기 공통 전극의 간격 L과 상기 표시 영역 내의 액정층의 두께 D가, L<2D의 관계가 성립되도록 구성되는 액정 표시 장치.
제11항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 절연막 또는 상기 배향 제어막 중 적어도 한쪽에 의해 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극의 최상부의 액정과 접하는 배향 제어막 표면의 단차가 평탄화되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제17항에 있어서,

상기 화소 전극, 상기 공통 전극이 형성되어 있는 기판측의 액정과 접하는 배향 제어막 표면의 단차가 50㎚ 이하인 액정 표시 장치.
제11항 내지 제18항 중 어느 한 항에 있어서,

적어도 액정의 동작에 따른 광학 특성의 변화가 표시에 기여하는 전표시 영역을 커버하는 범위에, 상기 절연막이 형성되어 있는 액정 표시 장치.
제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 절연막 중 적어도 한층이 무기 절연막인 액정 표시 장치.
제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 절연막 중 적어도 한층이 유기 절연막인 액정 표시 장치.
제11항 내지 제19항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 절연막이 유기 절연막 및 무기 절연막의 2층 구성인 액정 표시 장치.
제20항 또는 제22항에 있어서,

상기 절연막 중 적어도 한층이 질화규소, 산화규소, 폴리실록산계 중 적어도 일종으로 이루어지는 무기 절연막인 액정 표시 장치.
제21항 또는 제22항에 있어서,

상기 유기 절연막은 폴리이미드계, 아크릴계, 에폭시아크릴레이트계 중 적어도 일종의 유기 고분자 재료인 액정 표시 장치.
제11항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 능동 소자는 박막 트랜지스터인 액정 표시 장치.
제11항 내지 제25항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 화소 전극과 공통 전극 중 적어도 한쪽이 투명 전극으로 구성되어 있는 액정 표시 장치.
제26항에 있어서,

상기 투명 도전막은 이온 도핑 산화 티탄막, 또는 이온 도핑 산화아연막(ZnO)으로 구성되는 액정 표시 장치.
제11항 내지 제27항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액정층과 상기 한쌍의 기판과의 두개의 계면에서의 액정 분자의 배향 제어 방향이 거의 동일 방향인 액정 표시 장치.
제11항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 한쌍의 기판 상의 상기 액정층에 접촉하는 각각의 면 상에 형성된 한쌍의 배향 제어막이 상대 이미드화율이 60% 이상인 폴리아민산계 또는 폴리아민산에스테르계의 유기 고분자인 액정 표시 장치.
제11항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 배향 제어막의 상대 이미드화율이 70% 이상인 폴리아민산계 또는 폴리아민산에스테르계의 유기 고분자인 액정 표시 장치.
제29항 또는 제30항에 있어서,

상기 아민산에스테르계의 유기 고분자가 메틸에스테르기, 에틸에스테르기,프로필에스테르기 중 적어도 1종 이상을 포함하는 액정 표시 장치.
제11항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 한쌍의 기판 상의 상기 액정층에 접촉하는 각각의 면 상에 형성된 한쌍의 배향 제어막의 표면 탄성율이 1GPa 이상인 액정 표시 장치.
제11항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 한쌍의 기판 상의 상기 액정층에 접촉하는 각각의 면 상에 형성된 한쌍의 배향 제어막과 상기 액정층과의 계면의 유리 전이 온도 Tg가 상기 액정층을 형성하는 액정 조성물의 네마틱 등방 상전이 온도 T(N-I) 이상인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제11항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 한쌍의 기판 상의 상기 액정층에 접촉하는 각각의 면 상에 형성된 한쌍의 배향 제어막의 유리 전이 온도 Tg가 220℃ 이상인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
제11항 내지 제28항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 배향 제어막이 화학식 H₂N-R-NH₂로 나타내는 디아민 화합물과, 화학식

로 나타내는 테트라카르복실산이무수물로 이루어지는 폴리아민산의 탈수폐환된 유기 고분자이고, 그 반복되는 구조 내의 R 및 X에, 고분자의 분자축의 회전을 가능하게 하는 결합기, -O-, -S-, -CH₂-, -C(CH₃)₂-, -C(CF₃)₂-, -SO₂- , 메타 결합, 오르토 결합이 모두 3개 이하인 액정 표시 장치.
제11항 내지 제35항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 한쌍의 배향 제어막 중 적어도 한쪽이, 빛 반응성의 재료층인 액정 표시 장치.
제36항에 있어서,

상기 광 반응성의 재료층에 거의 직선에 편광한 빛을 조사하여 배향 제어막을 형성하는 액정 표시 장치.
제11항 내지 제37항 중 어느 한 항에 있어서,

상기 액정층의 프리틸트각이 5도 이하인 액정 표시 장치.