KR20090052283A - 액정표시소자 및 투사형 액정표시장치 - Google Patents

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KR20090052283A
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아키코 토리야마
케이스케 마쓰이
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소니 가부시끼 가이샤
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Abstract

액정표시소자 및 투사형 액정표시장치를 제공한다. 상기 액정표시소자는, 서로 대향하는 두 개의 기판과, 두 개의 기판 간에 배치된 액정층과, 매트릭스형의 화소를 형성하기 위해 각 기판의 대향하는 면에 배치되는 복수의 화소전극과, 액정층의 액정을 소정 방향으로 배향시키기 위해서 2개의 기판 위에 형성된 배향막을 구비한다. 매트릭스 모양으로 배열되는 화소들 사이의 형성 간격이 다르다.
액정, 화소, 기판, 전극, 간격

Description

액정표시소자 및 투사형 액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND PROJECTION TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY APPARATUS}
본 출원은 2007년 11월 20일에 일본 특허청에 출원된 일본 특허 No. 2007-300145의 우선권을 주장하고, 그 모든 기재내용은 여기에 참조에 의해 인용된다.
본 발명은 액정표시소자 및 이 액정표시소자를 사용한 투사형 액정표시장치에 관한 것이다.
액정 프로젝터 등의 투사형 표시장치는 크게 삼판식과 단판식으로 분류된다.
삼판식의 프로젝터는, 예를 들면 일본국 공개특허 특개 소60-169827호에 개시되어 있는 바와 같이, 광원으로부터 출사되는 빛을 적색(R), 녹색(G), 청색(B)으로 분리하고, 각 색의 빛을 액정표시소자(이하, ＬＣＤ라고 한다)로 구성되는 3개의 라이트벌브에 의해 변조하고, 변조된 후의 색광속을 다시 합성하고, 투사면에 확대 투사한다. 이 방식은 3개의 ＬＣＤ를 사용하는 등 부품 수가 많아지기 때문에, 비용이 상승한다.
한편, 단판식의 프로젝터는, 1개의 ＬＣＤ를 필요로 하기 때문에, 비용이 낮 아진다.
일반적인 단판식의 프로젝터에 있어서는, 예를 들면 일본국 공개특허 특개 소59-230383호에 개시된 컬러필터를 사용해서 스크린에 확대 투사하는 방법을 채용한다. 이 방법은 광학계 구성도 간이하고, 저비용이며, 시스템도 콤팩트해지는 이점이 있다.
그러나 이 기술에서는, 컬러필터의 광 흡수나 반사에 의해, 광 이용 효율이 떨어지기 때문에 고휘도의 실현이 곤란하다. 이 기술에서는, 수지 등으로 이루어진 컬러필터가 내광성이 나쁘기 때문에 화질 열화가 염려된다.
이러한 문제들을 해결하기 위해서, 일본국 공개특허공보 특개 평4-316296호에 개시되어 있는 바와 같은 단판식의 표기방식이 제안되었다. 구체적으로는, 광원을 다이클로익 미러에 의해 적색, 녹색, 청색의 각 광속으로 분리하고, 마이크로렌즈 어레이에 다른 각도로 입사시켜서, 각각 대응하는 표시 화소에 분배시킨다.
이 표기방식을 사용함으로써, 광 이용 효율을 현격히 향상시켜서, 고휘도의 표시장치를 얻을 수 있다.
내광성의 측면에서는, 컬러필터를 사용하지 않고, 배향막에는, 빛에 강한 폴리이미드막이나 무기막을 사용함으로써, 장수명의 표시장치를 얻을 수 있다.
상기의 액정 프로젝터 등에 탑재되는 라이트벌브로서는, 일반적으로 박막 트랜지스터(이하 ＴＦＴ라고 한다) 구동에 의한 액티브 매트릭스 구동방식의 ＬＣＤ가 사용된다.
액티브 매트릭스 구동방식의 ＬＣＤ의 대부분에는, 네마틱 액정이 사용된다. 그 표기방식으로서는, 90도 비틀린 분자배열을 갖는 트위스티드 네마틱(ＴＮ형) 액정을 들 수 있다.
최근, 액정 프로젝터 장치의 고휘도화, 고콘트라스트화, 고화질화, 고수명화를 꾀하기 위해, 수직배향형(ＶＡ형) 액정소자가 검토되고 있다. 수직배향형 액정표시소자는, 투과형 및 반사형에 모두 적용할 수 있고, 고수명화를 목적으로 한 배향막의 무기화와 함께, 액정 프로젝터의 주류가 될 것으로 보인다.
배향막이 형성된 2개의 기판에서는, 각 기판의 배향막이 대향해서 배치되고, 실제로 화상이 표시되는 표시 영역의 주위에서, 씰재에 의해 접착된다. 기판 간격을 제어하기 위한 스페이서를 형성하고, 액정을 봉입해서, 액정 셀을 제조한다. 상기 액정은 몇 가지의 단체 액정재료로 이루어지고, 액정 조성물이라고도 불린다. 제조된 액정 셀에 편광판이 장착되어 액정표시소자가 제조된다.
최근에는, 액정 프로젝터 등의 투사형 표시장치의 소형화에 따라 액정 라이트벌브도 소형화되고 있다. 한편으로는, 화소의 고화질화, 고휘도화가 진행되고 있다. 고화질화에 따라, 액정표시소자의 화소 피치는 작아진다. 따라서 차광부가 형성되는 범위도 계속 좁아지고 있다.
예를 들면, 기판 사이즈가 22.9mm(0.99인치)이고, ＸＧＡ(extended graphics array) 타입인 경우, 화소수는 1024×768이며, 화소 피치는 각 단색 화소에 있어서 6.6μm 이하가 된다.
이러한 고화질화 디바이스의 경우, 인접하는 2개의 화소전극 간에는, 상당히 큰 횡전계가 발생한다. 이 횡전계의 영향에 의해 액정분자의 배향 불량이 발생하는 문제를 피할 수 있다. 이것이 화소 품질상 큰 문제가 된다.
특히, 횡전계의 영향이 큰 표시를 행했을 경우, 예를 들면, 도 1에 나타낸 바와 같은 화소배열로 사이안색의 표시를 행하는 경우를 상정해 본다. 사이안색의 표시는, 노멀리 화이트 모드의 경우, 적색을 5V로 고정하고 흑색 표시 고정으로 한 상태에서, 녹색과 청색 전압을 변화시킨다.
그 결과, 도 2에 나타낸 바와 같이, 녹색 화소의 휘도가 크게 상승하거나 뜨게 되어(즉, 휘도가 완전히 실현되지 않아), 원하는 색이 나오지 않고, 화소 품질이 크게 저하되었다.
이 발생 현상을 이하 시뮬레이션에 있어서 고찰한다.
도 3은, 10μm 이하의 상당히 좁은 피치를 갖는 ＴＮ(Twisted Nematic) 모드 액정 패널을 상정한 시뮬레이션 결과를 도시한 도면이다.
도 3 중의 <1>은, 적색, 녹색, 청색 화소에 각각 2V를 인가했을 때의 래스터 표시시의 액정분자배열과 투과율의 결과를 나타낸다. 도 3의 <2>는, 적색 화소(R)에 5V, 녹색 화소(G), 청색 화소(B)에 2V 인가했을 때의 사이안색 표시시의 액정분자배열과 투과율의 결과를 나타낸다.
사이안색 표시했을 때에, 녹색 화소의 액정분자는, 래스터 표시시의 액정분자에 비해, 충분히 서지 않고, 결과적으로 휘도 레벨이 떠 있는 것이 관찰된다. 이것은, 적색 화소에 인가하는 전압을 5V로 고정했을 때의 횡전계의 영향에 의한 것이라고 고찰된다.
시뮬레이션은, 신테크 주식회사 제품, LCD MASTER 중의 2D BENCH를 사용하여 실행했다. 즉, 화소를 병렬로 설치하고, 액정의 물성값(ne, no, 탄성상수 K11, K22, K33, 회전 점성계수, 유전율), 프리틸트각, 트위스트각, 앵커링, 및 편광자각도, 검광자각도를 설정하여, 교류 구동했다.
따라서, 횡전계의 영향에 의한 화소 품위의 저하를 방지할 수 있어, 표시 성능이 양호한 액정표시소자 및 투사형 액정표시장치를 제공하는 데 목적이 있다.
본 발명의 제1 관점에 따르면, 서로 대향하는 두 개의 기판과, 상기 두 개의 기판 간에 배치된 액정층과, 매트릭스형의 화소를 형성하기 위해 각 기판의 대향하 는 면에 배치되는 복수의 화소전극과, 상기 액정층의 액정을 소정 방향으로 배향시키기 위해서 상기 두 개의 기판 위에 형성된 배향막을 갖는 액정표시소자가 제공된다. 상기 매트릭스형으로 배치되는 화소들 사이의 형성 간격이 다르다.
본 발명의 제2 관점에 따르면, 광원과, 액정표시소자와, 상기 광원으로부터 출사된 빛을 서로 다른 주파장을 갖는 적색광, 녹색광, 청색광의 색광으로 분리하고, 그 색광들을 상기 액정표시소자에 이끄는 집광 광학계를 갖는 투사형 액정표시장치가 제공된다. 상기 액정표시소자는 서로 대향하는 두 개의 기판과, 상기 두 개의 기판 간에 배치된 액정층과, 매트릭스형의 화소를 형성하기 위해 각 기판의 대향하는 면에 배치되는 복수의 화소전극과, 상기 액정층의 액정을 소정 방향으로 배향시키기 위해서 상기 두 개의 기판 위에 형성된 배향막을 갖는다. 상기 매트릭스형으로 배치되는 화소들 사이의 형성 간격이 다르다.
상기 매트릭스 모양으로 배치되는 화소는 각각 적색, 녹색, 청색에 대응하는 제1 화소, 제2 화소, 제3 화소의 3화소단위로 할 수 있다. 상기 제1 화소와 상기 제2 화소와 상기 제3 화소의 각각의 형성 간격을 다르게 할 수 있다.
녹색표시에 해당하는 화소에 대하여, 배향 방향측의 인접화소와의 화소전극 간격이 다른 화소전극들 사이의 간격과 비교해서 최대다.
상기 제2 화소가 녹색 화소이면, 적색 화소와 녹색 화소 사이의 간격 ＲＧ는, 녹색 화소와 청색 화소 사이의 간격 ＧＢ, 및 청색 화소와 적색 화소 사이의 간격 ＢＲ보다 넓다.
상기 액정층에 사용하는 액정은 실온에서의 굴절률 이방성이 0.10 이상이며, 액정층의 두께가 4μm 이하다.
상기 화소전극이 설치된 액정 패널은 투과형이다.
단색 화소의 화소 피치는 20μm 이하다.
상기 배향막은 무기 배향막으로 형성된다.
본 발명의 실시예에 의하면, 화소들 사이의 형성 간격을 최적화함으로써, 화소 내에 발생하는 배향 이상 등이 시인되기 어려워져, 고품위의 화질을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에 의해 고화질을 실현할 수 있다.
프로젝터 등의 투사형 ＬＣＤ에 있어서는, 패널 소형화 혹은 유효 화소영역 확대에 의한 고개구율화도 가능하다. 이에 따라, 셀 갭 제어에 의한 고생산성, 고수율화도 실현된다. 무기재료 등의 재료도 화질을 열화 시키지 않고 적용할 수 있으므로 수명이 연장된다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조해서 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시소자를 채용한 투사형 표시장치의 일례를 게시하는 개략적인 구성도다.
본 실시예의 투사형 표시장치 ＰＲＪ는, 도 4에 나타낸 바와 같이, 액정표시 소자(1), 광원부(2), 콘덴서 렌즈(3), 다이클로익 미러(4R, 4G, 4B), 투사 렌즈(투사 광학계)(5), 및 투사 스크린(6)을 주요 구성요소로 한다.
액정표시소자(1)에는, 도 5a, 5b에 나타낸 것처럼, 투명한 ＴＦＴ 어레이 기판(11)과 투명한 마이크로렌즈 어레이 기판인 대향 기판(12)과의 사이에 액정층(13)이 삽입되어 있다(봉입되어 있다). 대향 기판(12)에는, 액정층(13)측의 커버 유리(131)와 광입사측의 베이스 유리(132)의 사이에 삽입되도록 마이크로렌즈 어레이(133)가 형성되어 있다. 액정표시소자(1)의 구성에 대해서는, 후에 상세히 설명한다.
본 실시예의 광원부(2)의 광원(2a)으로서는, 고압 수은 아크 램프를 사용한다. 대신, 메탈 할라이드 램프나 할로겐 램프나 크세논 램프와 같은 다른 램프를 사용할 수도 있다.
백색광원(2a)의 배면에는, 구면경(2b)이 배치되고, 전방면에는 백색광원을 평행광으로 하기 위한 콘덴서 렌즈(3)가 배치되어 있다.
콘덴서 렌즈(3)의 전방(광출사측)에는, 광속을 적색, 녹색, 청색으로 분리하는 색 분리 수단으로서 색 분리 광학계인 다이클로익 미러(4R, 4G, 4B)가 비치되어 있다. 색 분리 광학계인 다이클로익 미러(4R, 4G, 4B)는 적색, 녹색, 청색의 각 파장대의 빛을 선택적으로 반사하고, 나머지는 투과하는 특성이 있다.
적색 다이클로익 미러(4G)는 약 600nm 이상의 파장을 갖는 가시광선을 반사하고, 청색 다이클로익 미러(4B)는 500nm 미만의 단파장의 가시광선을 반사한다. 녹색의 다이클로익 미러(4G)는 약 570 내지 500nm의 범위의 가시광선을 반사한다.
다이클로익 미러의 배치에 의해, 적색 파장 영역의 빛은 적색 다이클로익 미러(4R)에서 반사되어서 액정표시소자(1)의 마이크로렌즈 어레이(133)에 입사한다. 녹색의 파장 영역의 빛은 적색 다이클로익 미러(4R)를 투과한 후, 녹색의 다이클로익 미러(4G)에 의해 반사되고, 다시 적색 다이클로익 미러(4R)를 투과해서 마이크로렌즈 어레이(133)에 다른 각도로 입사한다.
청색 파장 영역의 빛은 적색 및 녹색의 다이클로익 미러(4R, 4G)를 투과한 후, 청색 다이클로익 미러(4B)에 의해 반사되고, 다시 적색 및 녹색의 다이클로익 미러(4R, 4G)를 투과해서 마이크로렌즈 어레이(133)에 다른 각도로 입사한다.
이렇게, 단일인 백색광원(2a)으로부터의 빛은 3색의 색광으로 분리되어, 세 방향에서 마이크로렌즈 어레이(133)에 입사된다.
이하에, 본 실시예에 따른 액정표시소자(1)의 구성에 대해서 한층 더 상세하게 설명한다.
도 6은 본 실시예에 따른 액티브 매트릭스형 액정표시소자의 개략적인 구성을 나타내는 단면도다.
본 실시예에 따른 액정표시소자(1)는, 도 6에 나타낸 바와 같이, ＴＦＴ 어레이 기판(능동 소자가 형성되는 기판)(11)과, ＴＦＴ 어레이 기판(11)에 대향 배치되는 투명 마이크로렌즈 어레이 기판인 대향 기판(12)을 구비하고 있다.
ＴＦＴ 어레이 기판(11)이, 예를 들면 투과형인 경우, 거기에 화소전극(14)이 설치된다. 화소전극(14)은, 예를 들면 ＩＴＯ막(indium tin oxide film) 등의 투명 도전성 박막으로 형성된다.
대향 기판(12)의 전체 면에는, 전술한 ＩＴＯ막(대향전극)(15)이 설치된다.
ＴＦＴ 어레이 기판(11)과 대향 기판(12)에는, 각각 액정을 소정 방향으로 배향시키기 위한 도시하지 않은 배향막이 형성된다. 배향막이 소정 간격을 두고 대향하도록 씰재(16)로 부착한 한 쌍의 기판 간에, 예를 들면 액정층(13)이 삽입되어 있다(봉입되어 있다).
도 7은, 본 실시예에 따른 액티브 매트릭스형 액정표시소자의 어레이 기판(액정 패널부)에 있어서의 배치예를 도시한 도면이다.
도 7에 나타낸 바와 같이, 액정표시소자(1A)는, 화소가 어레이 모양으로 배열된 화소표시 영역(21), 수평전송 회로(22), 수직전송 회로(23-1, 23-2), 프리차지 회로(24), 및 레벨 변환 회로(25)를 포함한다.
화소표시 영역(21)에는, 복수의 데이터선(26)과 복수의 주사선(게이트 배선)(27)이 격자상으로 배선된다. 각 데이터선(26)의 일단은 수평전송 회로(22)에 접속되고, 타단은 프리차지 회로(24)에 접속된다. 각 주사선(27)의 단부가 수직전송 회로(23-1, 23-2)에 각각 접속되어 있다.
액정표시소자(1A)의 화소표시 영역(21)을 구성하는 매트릭스 모양으로 복수 형성된 화소 PX에는, 스위칭 제어하는 화소 스위칭용 트랜지스터(28), 액정(29), 및 보조용량(축적용량)(30)이 설치된다.
화소신호가 공급되는 데이터선(26)이 트랜지스터(28)의 소스에 전기적으로 접속되어 있어, 기록하는 화소신호를 공급하고 있다. 트랜지스터(28)의 게이트에 주사선(27)이 전기적으로 접속되어 있어, 소정의 타이밍으로, 주사선(27)에 펄스식 으로 주사 신호를 인가하도록 구성되어 있다.
화소전극(14)은, 트랜지스터(28)의 드레인에 전기적으로 접속되어 있다. 스위칭소자인 트랜지스터(28)를 일정 기간만큼 그 스위치를 온 시킴으로써, 데이터선(26)으로부터 공급되는 화소신호를 소정의 타이밍으로 화소신호를 기록한다.
화소전극(14)을 통해 액정(29)에 기록된 소정 레벨의 화소신호는, 대향 기판(12)에 형성된 대향전극과의 사이에서 일정 기간 유지된다. 액정(29)은, 인가되는 전압 레벨에 따라 분자집합의 배향이나 질서가 변화함으로써, 빛을 변조하고, 계조표시를 가능하게 한다.
노멀리 화이트 표시이면, 인가된 전압에 따라 입사광이 이 액정부분을 통과 가능하게 되어, 전체적으로 액정표시소자로부터 화소신호에 따른 콘트라스트를 갖는 빛이 출사된다.
여기에서, 유지된 화소신호가 리크 되는 것을 막기 위해서, 화소전극과 대향전극의 사이에 형성되는 액정용량과 병렬로 보조용량(축적용량)(30)을 부가한다. 이에 따라 유지 특성이 한층 더 개선되어, 콘트라스트비가 높은 액정표시소자가 실현된다.
저장용량(축적용량)(30)을 형성하기 위해서, 저항화된 공통 배선(31)이 설치된다.
도 8은, 본 실시예에 따른 액티브 매트릭스형 액정표시소자의 구체적인 구성예를 게시하는 단면도다.
도 8을 참조해서 본 실시예에 따른 액티브 매트릭스형 액정표시소자의 제조 방법을 설명한다.
우선, 석영으로 이루어지는 ＴＦＴ 어레이 기판(11) 위에, 제1 차광막(32)으로서, 고융점의 금속(본 실시예에서는 ＷＳｉ)을 형성한다.
그 후에 제1 층간막(33)으로서 ＳｉＯ2을 적층 하고, ＣＶＤ법을 사용하여 다결정 Ｓｉ막(p-Si)(34)을 형성하고, 에칭에 의해 패턴형성을 한다.
그 후에 게이트 절연막(35)을 형성하고, 게이트 전극(36)으로서, 다결정 Ｓｉ막(p-Si)을 형성하고, 에칭에 의해 패턴형성을 행한다.
그 후에 제2 층간막(37)으로서, ＳｉＯ2을 적층 하고, 소스, 드레인 전극으로서 제1 콘택(38)을 형성한다.
제1 배선막(39)으로서 금속재료(본 실시예에서는 Al)를 스퍼터 등의 성막에 의해 형성하고, 에칭에 의해 패터닝을 행한다.
그 후에 제3 층간막(40)으로서, ＳｉＯ2을 적층 하고, 제2 콘택(41)을 형성한다. 그 후에, 제2 차광막(42)으로서, 금속막(본 실시예에서는 Ti)을 형성한다.
제4 층간막(43)으로서 ＳｉＯ2을 적층 하고, 제3 콘택(44)을 형성하다. 그 후, 투명전극(45)으로서 ＩＴＯ를 형성한다.
주상 스페이서(46)가 되는 투명 레지스트층을 형성한다.
기판 위에 포토레지스트를 소정 두께로 도포한 후, 포토마스크를 사용해서 자외선조사에 의한 노광 처리를 행한다. 그 후에 현상하고, 소성을 행하여, 인접하는 화소전극들 사이의 원하는 위치에 배치되는 주상 스페이서(46)를 형성한다.
이어서, 제조한 ＴＦＴ 어레이 기판(11) 및 대향 기판(12)을 세정한다.
각 기판에 배향막을 형성한다.
이어서, 소정의 배향이 되도록 러빙을 행한다. 주입구를 제외하고 형성되는 씰 패턴을 형성하고, 액정조성물을 주입한다.
이와 같이 하여 형성되는 본 실시예에 따른 액정표시소자(1, 1A)에서는, 이하에 나타낸 바와 같이, 매트릭스 모양으로 배열되는 화소의 형성 간격이 다르도록 함으로써, 횡전계의 영향에 의한 화소 품위의 저하를 방지하고 있다. 이에 따라 액정표시소자(1, 1A)는, 화소 내에 발생하는 화소 내에 발생하는 배향 이상 등이 시인되기 어려워져, 고품위의 화질을 얻는다.
이하에, 본 실시예의 액정표시소자(1, 1A)의 화소의 형성 간격에 관하여 설명한다.
본 액정표시소자(1, 1A)에서는, 예를 들면 도 9에 나타낸 바와 같이, 화소단위(50)는, 제1 화소(51), 제2 화소(52), 및 제3 화소(53)의 3화소단위다. 제1 화소(51)와 제2 화소(52)와 제3 화소(53)의 각각의 형성 간격이 다르다.
예를 들면, 도 10에 나타낸 바와 같이, 녹색표시에 해당하는 화소(제2 화소(52))에 대하여, 배향 방향측의 인접화소와의 화소전극 간격이 다른 화소전극들 사이의 간격과 비교해서 최대다.
더 구체적으로는, 제2 화소는 녹색 화소 G이며, 적색 화소 R와 녹색 화소 G의 간격을 ＲＧ, 녹색 화소 G과 청색 화소 B의 간격을 ＧＢ, 청색 화소 B과 적색 화소 R의 간격을 ＢＲ이라고 했을 때에, ＲＧ의 간격이 가장 넓다(ＲＧ≥ＲＢ≥Ｂ Ｒ).
화소의 형성 간격에 대해서 한층 더 고찰한다.
횡전계에 의한 배향 불량에 대한 설계 파라미터로서는, 대책으로서는, 셀 갭을 줄이거나, 인접하는 화소전극 간의 간격을 넓히는 것이 효과적이다.
도 11은, 화소가, 적녹청의 배열로, 사이안, 마젠타, 옐로우를 표시시켰을 때의, 원래 표시하고 싶은 색과 액정분자의 배향 불량의 영향을 받았을 때의 색의 겉보기를 도시한 도면이다.
도 11에 나타낸 바와 같이, 사이안색의 화질에의 영향은 "NG(불량)"인 반면, 마젠타 및 옐로우의 화질에의 영향은 "OK(양호)"이다. 따라서 사이안색의 화질에만 현저한 영향이 관찰된다. 그 이유는, 전계를 걸었을 때 이웃의 화소의 휘도가 뜨게 되어, 결과적으로 원래 표시하고 싶은 색을 얻을 수 없게 되기 때문이다.
도 12는 녹색 화소휘도의 뜸을 정량화하기 위해서, 지표=|1-(사이안색을 냈을 때의 녹색 화소의 휘도/녹색 화소의 이상휘도)|를 설정하고, 0∼5V의 전압 범위에서 플롯한 결과를 도시한 도면이다.
도 12로부터 중간조 부근에서 녹색의 휘도가 크게 떠 있는 것이 명확하다. 결과적으로, 2V에 있어서의 녹색 화소휘도의 뜸의 지표치 및 동 전압에서의 화질평가의 관계를, 도 13에 나타냈다. 화질평가는 피험자 20명에 있어서의 평균치다. 녹색휘도의 뜸과 화질평가 사이에 상관도가 크다는 것을 알 수 있다.
한편, 마젠타와 옐로우의 화질에의 영향은 거의 관찰되지 않는다는 것을 알 수 있다. 그 이유는 인간의 시감도에 관계된다. 적색, 녹색, 청색 화소 중에서는, 녹색의 화소에서의 시인이 압도적으로 눈에 띄는 것이다. 그 이유는, 인간의 눈은 빛의 파장에 따라 밝기를 다르게 느끼기 때문이다.
일반적으로, 밝기를 느끼는 것은, 시감도라고 불리는데, 도 14(CIE측 광표준 관측자의 명소시의 비교시 감도)에 나타낸 바와 같이 사람의 눈은 555nm의 파장의 빛에 가장 민감하다.
따라서, 중요한 것은, 녹색 화소의 횡전계에 의한 휘도에의 영향을 제어하는 것에 있다. ＩＴＯ 간격을 넓히거나, 셀 갭을 좁게 함으로써 횡전계 제어는 가능해 진다. 그러나 ＩＴＯ 간격을 확대하면 몇 가지 문제가 생긴다. 첫 번째 문제는, 차광 영역을 넓힐 필요가 있기 때문에, 개구율이 저하하고, 밝기가 저하되는 것이다. 두 번째 문제는, ＩＴＯ 간격의 확대에 의해 액정분자의 배향제어가 악화하고, 광 누설 등에 의해 콘트라스트가 저하되는 것이다.
상기 검토로부터, 녹색 화소 G의 휘도가 뜰 때만, 화질이 크게 영향을 받기 때문에, 특별히 녹색 화소 G에 인접하는 화소 간격을 넓히면, 리스크를 최소한으로 할 수 있다. 이로써, 본 과제에 의한 화질불량을 방지할 수 있다.
본 실시예에서는 제2 화소(52)를 녹색 화소 G로 하고 있는데, 이하의 이유 때문이다.
제2 화소(52)가 적색(R)인 경우에는, 일반적으로 적색 영역 대의 광강도는 타색에 비교 약하기 때문에, 혼색이 일어나기 쉽다. 혼색이란, 투사형 액정표시장치의 구성에 있어서, 각 광속이 원하는 표시 화소 내에서 벗어나서 입사하여, 즉 제2 화소(52)를 제외한 제1 화소(51), 제3 화소(53)의 광속이 제2 화소의 일부에 입사하여 색이 혼합되어버리는 현상이다.
제2 화소(52)가 청색(B)인 경우에는, 씰단에서의 화질불량이 인식되기 쉬워진다. 화소단(씰단 최단 화소)에서는 화질불량이 발생하기 쉽다. 따라서 불량이 인식되기 쉬운 청색을 배치함으로써, 수율이나 품질이 향상시키는 것이다.
이상 설명한 바와 같은 특징적인 화소 간격을 갖는 본 실시예에 따른 액정표시소자(1, 1A)는, 예를 들면 투과형의 액정 패널에 적합하다.
특히 배향제어에 러빙을 사용하는 경우에는, 스페이서 주변의 배향제어는 단차의 존재로 인해, 상당히 곤란하다. 본 실시예는 러빙을 사용한 배향제어법에 상당히 효과가 크다.
액정층에 사용하는 액정은 실온에서의 굴절률 이방성이 0.10 이상이며, 셀 갭이 4μm 이하다.
액정표시소자의 화소 피치는 20μm 이하이며, 또한 배향막에 무기 배향막을 사용하는 것도 가능하다.
특히, 액정 프로젝터는, 피치가 좁고 고화질 디바이스이며, 더욱 확대 투영하기 때문에, 화질 이상이 눈에 띄기 쉽다.
전술한 횡전계에 의한 리버스 틸트 도메인에 의한 배향 혼란을 극복하는 데에는 상당한 어려움이 있다. 셀 갭을 좁혀서, 즉 셀 갭을 줄여서, ＴＦＴ 어레이 기판과 대향 기판의 상하 방향의 전계를 강화함으로써, 가로방향의 전계의 영향을 방지하는 것도 효과적이다.
갭을 좁히기 위해서는, 특히 차광부 등에 선택식의 스페이서를 형성하는 것 이 갭 제어에 상당히 효과적이다. 최대 투과율 특성을 얻기 위해서는, 전술한 셀 갭을 얇게 하는 대책을 실행했을 경우, 액정의 굴절률 이방성 Δn을 높게 할 필요가 있다.
예를 들면, 크로스니콜 아래에 ＴＮ 배향 셀을 위치시킨 경우(ＴＮ 배향에서 전압 ＯＦＦ시의 투과율)에는, 다음과 같아진다.
T=1-[sin2((1+u2)1/2×π/2)]/(1+u2)
u=2Δnd/λ
(1+u2)1/2=2n이 되면 최대(Max)가 된다.
Δnd=(4n2-1)1/2×(λ/2)일 때 최대(Max)가 된다.
따라서, 다음 관계가 얻어진다.
1stΔnd=√3×(λ/2)
상기 식으로부터, 녹색광(550nm)에 있어서의 최대 투과율 설계는, Δnd=0.48μm이다. 예를 들면, 셀 갭 4μm 이하일 때에는, Δn=0.12 이상이 필요해진다.
한편, 프로젝터에 유리한, 빛에 강하고 고수명화를 꾀할 수 있는 무기계의 배향막도 검토되고 있다. 무기계의 배향막재료는, 일반적인 폴리이미드 등의 유기재료에 비해, 배향 규제력이 작은 것이 많고, 전계의 힘을 더 받기 쉽다. 그 결과, 본 발명의 효과를 발휘할 수 있다.
이하에, 본 발명의 실시예를 게시한다.
<실시예 1>
도 15는 일반적인 ＩＴＯ 패턴 형상을 도시한 도면이다. 도 16은 실시예 1의 실험 조건을 도시한 도면이다. 도 17은 실시예 1의 평가 결과를 도시한 도면이다.
일반적인 ＩＴＯ 패턴 형상을, 도 15에 나타낸 바와 같이, 에칭에 의해 패터닝 했다.
이어서, 주상 스페이서(46)가 되는 투명 레지스트층을 형성했다.
기판 위에 포토레지스트로서, ＰＭＥＲ(도쿄오카공업주식회사 제품)을 스핀 코트법에 의해 3μm의 두께로 도포한 후, 포토마스크를 사용해서 자외선조사에 의한 노광 처리를 행한다. 그 후에 현상하고, 소성을 행하여, 직경 약 1.5μm의 주상 스페이서(46)를 형성했다. IＴＯ 형상에 대해서는, 도 15에 나타내는 바와 같다.
ＩＴＯ는, 도 16에 나타내는 ＩＴＯ 간격 1μm, 2μm의 2조건에 대하여, <1>ＲＧ간, <2>ＧＢ간, <3>ＢＲ간의 3조건에 대한 모든 조합에 대해서 형성했다.
이어서, ＴＦＴ 어레이 기판(11) 및 대향 기판(12)을 세정한다.
각 기판에 배향막을 형성했다. 배향막은 폴리이미드로 이루어진 유기재료를 사용하고, 50nm의 두께가 되도록, 스핀 코트로 도포했다. 핫 플레이트에서 프리베이크를 행하고, 그 후 포스트베이크를 행했다.
이어서, 러빙을 행하여, 주입구를 제외하고 형성되는 씰 패턴을 형성하고, 액정조성물을 주입했다. 액정조성물은, 갭 3μm에 있어서, 녹색광의 투과율이 이론상 최대가 되도록, 실온에서의 굴절률 이방성 Δn이 0.16인 것을 사용했다.
제조한 액정표시소자에 대하여, 이하의 평가를 행했다.
[1] 화질평가
평가 결과를 도 17을 참조해서 설명한다.
각각의 조건의 액정표시소자에 대하여, 사이안, 마젠타, 옐로우 색을 표시시켰다.
화질평가를 행하여, 원래 내고 싶은 색(이상색)과 거의 동등한 겉보기를 나타내는 것을 「ＯＫ」, 다른 것을 「ＮＧ(×)」라고 했다.
비교예 <1>에 있어서는, ＩＴＯ 간격이 2μm인 액정표시소자는 모두 ＯＫ였다. 1μm인 것은, 사이안색만 ＮＧ였다.
본 발명의 실시예 <1>∼<3>에 있어서는 모두 ＲＧ간이 2μm의 조건의 것이지만, 모두 ＯＫ였다.
그 밖의 비교예에서는, 사이안색만 ＮＧ였다.
도 17에서, 콘트라스트 열의 "◎", "○", "△", "×"는 각각 "매우 양호", "양호", "보통", "불량"을 나타낸다.
녹색 화소휘도의 뜸이 화질에 크게 의존한다는 것을 알았다. 그것을 정량화하기 위해서, 도 18a 및 18b에 나타낸 바와 같이, 지표=|1-(사이안색을 냈을 때의 녹색 화소의 휘도/녹색 화소의 이상휘도)|의 비율을 녹색의 뜸을 나타내는 지표로 사용한다. 도 18a는 ＩＴＯ의 설계 최적화 이전의 인가전압과 녹색의 뜸을 나타내는 지표 사이의 관계를 나타낸다. 도 18b는 ＩＴＯ의 설계 최적화 후의 인가전압과 녹색의 뜸을 나타내는 지표 사이의 관계를 나타낸다. 0∼5V의 전압 범위에서, 측정을 행해서 플롯 했다.
그 결과, 중간조 부근에서 녹색의 휘도가 크게 떠 있는 것이 확인되었다. 각각의 조건에 대한 0∼5V에서의 지표 최대값을 기재하였다. 발명 실시예에 있어서 는, 비교예와 비교해서 약 90%에 가까운 휘도 뜸 개선을 달성할 수 있었다.
[2] 콘트라스트 평가
도 17의 비교예 <1>로부터 알 수 있듯이, ＩＴＯ 간격이 클수록, 콘트라스트는 저하된다.
따라서 화질 악화를 방지하고, 또한, 콘트라스트 리스크를 저감하기 위해서는 본 발명의 실시예 <1>이 가장, 최적이라는 것을 알 수 있다.
<실시예 2> ···무기재료
도 19는, 실시예 2의 평가 결과를 도시한 도면이다.
전술한 유기재료로 된 배향막 대신에 무기 배향막을 사용했다. 대표적으로 증착으로 형성되는 실리콘 등을 들 수 있지만, 게르마늄 등의 4족 원소의 단체 또는 혼합물 또는 화합물, 증착에 의해 성막이 가능한 거의 모든 물질을 사용할 수 있다고 생각된다.
그 밖에, 인쇄나 스핀 코트, 잉크젯법으로 형성되는 실록산 골격을 갖는 재료 등도 들 수 있다. 각 기판의 배향막 형성을 다음과 같이 행했다.
각각의 기판을 증착 장치에 도입하고, 각각 배향막으로서, ＳｉＯ2을 기울기 증착해서 형성했다. 막 두께는, 약 50nm의 두께로 도포했다. 이어서 주입구를 제외하고 씰 패턴을 형성했다.
제조된 액정표시소자에 대하여, 화질 평가, 콘트라스트 평가를 행했다.
도 19에서, 콘트라스트 열의 "○", "△", "×"는 각각 "양호", "보통", "불 량"을 나타낸다.
무기 배향막은, 앵커링 에너지가 작기 때문에, 일반적으로 폴리이미드와 비교하여, 배향 제어가 약하다고 알려져 있다.
평가 결과에서도, 콘트라스트나 배향 불량에 의한 화질 열화는 더욱 심했다. 반면, 본 발명의 실시예인 배치를 채용함으로써, 고품질, 고화질의 액정 패널을 얻을 수 있었다.
따라서, 본 실시예에 의하면, ＩＴＯ 배치 설계를 최적화함으로써, 화소 내에 발생하는 배향 이상 등이 시인되기 어려워져, 고품위의 화질을 얻을 수 있다.
더 구체적으로는, 매트릭스 모양으로 배열되는 화소의 형성 간격이 다르도록 함으로써, 횡전계의 영향에 의한 화소 품위의 저하를 방지하고 있다. 이에 따라 액정표시소자(1, 1A)는, 화소 내에 발생하는 화소 내에 발생하는 배향 이상 등이 시인되기 어려워져, 고품위의 화질을 얻을 수 있다.
본 발명을 적용함으로써, 고화질의 액정표시소자를 실현할 수 있다. 프로젝터 등의 투사형 ＬＣＤ에 있어서는 패널 소형화 혹은 유효 화소영역 확대에 의한 고개구율화도 가능하다. 이로써 셀 갭 제어에 의한 고생산성, 고수율화도 실현한다. 무기재료 등의 재료도 화질을 열화 시키지 않고 적용할 수 있으므로 장기 수명화도 가능해 진다.
레이저광원을 사용한 투사형 표시장치 시스템에도 본 발명을 적용할 수 있다. 이 경우에도 상기 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
상기 각 실시예나 수치예에 나타낸 다양한 부분의 구체적 형태나 구조, 및 수치는 본 발명의 실시예를 실행하는 데 주어지는 예에 지나지 않는다. 따라서 본 발명의 기술적인 범위는 상기에 제한되어서는 안 된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 사이안색 표시를 도시한 도면이다.
도 2는 녹색의 화소휘도가 뜬 모양을 도시한 도면이다.
도 3은 결정 분자 시뮬레이션의 결과를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시소자를 채용한 투사형 표시장치를 게시하는 개략적인 구성도다.
도 5a 및 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시소자의 마이크로렌즈 어레이를 포함한 개략적인 구성을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액티브 매트릭스형 액정표시소자의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 매트릭스형 액정표시소자의 어레이 기판(액정 패널부)에 있어서의 배치예를 도시한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 액티브 매트릭스형 액정표시소자의 구체적인 구성예를 게시하는 단면도다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 화소단위의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 배향 방향과 화소의 형성 간격과의 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 각 색의 겉보기와 화질에의 영향도를 도시한 도면이다.
도 12는 녹색 화소휘도의 뜸의 전압 의존성을 도시한 도면이다.
도 13은 녹색 화소휘도의 뜸과 화소평가의 관계를 도시한 도면이다.
도 14는 CIE측 광표준 관측자의 명소시의 비시감도를 도시한 도면이다.
도 15는 일반적인 ＩＴＯ 패턴 형상을 도시한 도면이다.
도 16은 실시예 1의 실험 조건을 도시한 도면이다.
도 17은 실시예 1의 평가 결과를 도시한 도면이다.
도 18a 및 18b는 인가전압과 녹색 화소의 뜸을 나타내는 지표와의 관계를 도시한 도면이다.
도 19는 실시예 2의 평가 결과를 도시한 도면이다.

Claims (16)

  1. 서로 대향하는 두 개의 기판과,
    상기 두 개의 기판 간에 배치된 액정층과,
    매트릭스형의 화소들을 형성하기 위해 각 기판의 대향하는 면에 배치되는 복수의 화소전극과,
    상기 액정층의 액정을 소정 방향으로 배향시키기 위해서 상기 두 개의 기판 위에 형성된 배향막을 구비하고,
    상기 매트릭스형으로 배치되는 화소들 사이의 형성 간격이 다른 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 매트릭스 모양으로 배치되는 화소들은 각각 적색, 녹색, 청색에 대응하는 제1 화소, 제2 화소, 제3 화소의 3화소단위를 갖고,
    상기 제1 화소와 상기 제2 화소와 상기 제3 화소의 각각의 형성 간격이 다른 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 1항에 있어서,
    녹색표시에 해당하는 화소에 대하여, 배향 방향측의 인접화소와의 화소전극 간격이 다른 화소전극들 사이의 간격과 비교해서 최대인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 제2 화소가 녹색 화소이며,
    적색 화소와 녹색 화소 사이의 간격 ＲＧ는, 녹색 화소와 청색 화소 사이의 간격 ＧＢ, 및 청색 화소와 적색 화소 사이의 간격 ＢＲ보다 넓은 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 액정층에 사용하는 액정은 실온에서의 굴절률 이방성이 0.10 이상이며, 액정층의 두께가 4μm 이하인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 화소전극이 설치된 액정 패널은 투과형인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 제 4항에 있어서,
    상기 단색 화소들의 화소 피치는 20μm 이하인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  8. 제 4항에 있어서,
    상기 배향막은 무기 배향막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  9. 광원과,
    액정표시소자와,
    상기 광원으로부터 출사된 빛을 서로 다른 주파장을 갖는 적색광, 녹색광, 청색광의 색광으로 분리하고, 그 색광들을 상기 액정표시소자에 이끄는 집광 광학계를 구비하고,
    상기 액정표시소자는,
    서로 대향하는 두 개의 기판과,
    상기 두 개의 기판 간에 배치된 액정층과,
    매트릭스형의 화소들을 형성하기 위해 각 기판의 대향하는 면에 배치되는 복 수의 화소전극과,
    상기 액정층의 액정을 소정 방향으로 배향시키기 위해서 상기 두 개의 기판 위에 형성된 배향막을 구비하고,
    상기 매트릭스형으로 배치되는 화소들 사이의 형성 간격이 다른 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 매트릭스 모양으로 배치되는 화소들은 각각 적색, 녹색, 청색에 대응하는 제1 화소, 제2 화소, 제3 화소의 3화소단위를 갖고,
    상기 제1 화소와 상기 제2 화소와 상기 제3 화소의 각각의 형성 간격이 다른 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    녹색표시에 해당하는 화소에 대하여, 배향 방향측의 인접화소와의 화소전극 간격이 다른 화소전극들 사이의 간격과 비교해서 최대인 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
  12. 제 10항에 있어서,
    상기 제2 화소가 녹색 화소이며,
    적색 화소와 녹색 화소 사이의 간격 ＲＧ는, 녹색 화소와 청색 화소 사이의 간격 ＧＢ, 및 청색 화소와 적색 화소 사이의 간격 ＢＲ보다 넓은 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 액정층에 사용하는 액정은 실온에서의 굴절률 이방성이 0.10 이상이며, 액정층의 두께가 4μm 이하인 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
  14. 제 12항에 있어서,
    상기 화소전극이 설치된 액정 패널은 투과형인 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
  15. 제 12항에 있어서,
    상기 단색 화소들의 화소 피치는 20μm 이하인 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
  16. 제 12항에 있어서,
    상기 배향막은 무기 배향막으로 형성되는 것을 특징으로 하는 투사형 액정표시장치.
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