KR100611856B1

KR100611856B1 - 액정 장치, 그 구동 방법 및 전자 기기

Info

Publication number: KR100611856B1
Application number: KR1020040014484A
Authority: KR
Inventors: 오카자키츠요시; 마에다츠요시; 오자와긴야
Original assignee: 세이코 엡슨 가부시키가이샤
Priority date: 2003-03-05
Filing date: 2004-03-04
Publication date: 2006-08-11
Anticipated expiration: 2024-03-04
Also published as: US20040227881A1; CN1279396C; TW200424620A; TWI304492B; KR20040078880A; JP2004271631A; JP3772842B2; US7064803B2; CN1527101A

Abstract

본 발명의 목적은 도트 영역 내에서의 디스클리네이션(disclination)의 발생을 효과적으로 억제하여 고휘도의 표시를 가능하게 하고, 또한 액정 분자의 배향 제어를 저전압으로 실행할 수 있는 액정 장치를 제공하는 것이다.

일면측에 매트릭스 형상으로 배열 형성된 화소 전극(9)과, 각각의 화소 전극(9)에 대응하여 마련된 스위칭 소자를 구비한 어레이 기판(10)과, 해당 어레이 기판(10)과 대향하여 배치된 대향 기판(20)과, 상기 양 기판 사이에 위치한 액정층(50)을 구비하며, 상기 액정층(50)이 부(負)의 유전 이방성을 갖는 액정으로 이루어지고, 상기 대향 기판(20)의 액정층(50)측에, 상기 화소 전극(9)간의 경계를 따라 연장되는 평면에서 보아 대략 스트라이프 형상의 배향 제어 전극(25)이 마련되어 있는 구성으로 하였다.

Description

액정 장치, 그 구동 방법 및 전자 기기{LIQUID CRYSTAL DEVICE, METHOD FOR DRIVING THE SAME, AND ELECTRONIC APPARATUS}

도 1은 본 발명의 제 1 실시예의 액정 장치의 등가 회로도,

도 2는 상기 액정 장치의 도트 구성을 나타내는 평면도,

도 3(a)는 상기 액정 장치의 도 2의 A-A선에 따른 부분 단면도, 도 3 (b)는 상기 B-B선에 따른 부분 단면도,

도 4는 1H 반전 구동 시의 화소의 전압 극성을 나타내는 설명도,

도 5는 본 발명의 액정 장치의 동작 시의 전압 극성을 나타내는 설명도,

도 6은 제 1 실시예의 다른 구성예를 나타내는 평면 구성도,

도 7(a)는 제 2 실시예의 액정 장치의 평면 구성도, 도 7(b)는 동(同) 도면 C-C선에 따른 부분 단면도,

도 8은 제 2 실시예의 다른 구성예를 나타내는 평면 구성도,

도 9는 본 발명의 전자 기기의 일례를 나타내는 사시도.

도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

10 : TFT 어레이 기판 20 : 대향 기판

22, 22a : 공통 전극 25 : 배향 제어 전극

26 : 차광막 3a : 주사선

6a : 데이터선 9 : 화소 전극

30 : TFT(스위칭 소자) 50 : 액정층

본 발명은 액정 장치, 그 구동 방법, 및 전자 기기에 관한 것이다.

액정 장치의 배향 모드에는, 전압 무인가 상태로 액정 분자가 기판면에 대략 평행하고 기판에 수직인 방향으로 뒤틀린 배향을 갖는 트위스트 네마틱(Twisted Nematic, 이하, TN이라 약기함) 모드와, 액정 분자가 수직으로 배향된 수직 배향 모드가 있다. 신뢰성 등의 면에서 종래는 TN 모드가 주류이었지만, 수직 배향 모드가 몇 개의 우수한 특성을 갖고 있기 때문에, 수직 배향 모드의 액정 장치가 주목받아 왔다.

예컨대, 수직 배향 모드에서는, 액정 분자가 기판면에 대하여 수직으로 배열된 상태(법선 방향에서 본 광학적 리타데이션이 없음)를 흑(黑) 표시로 하여 이용하기 때문에, 흑 표시의 질이 우수하고, 높은 콘트라스트를 얻을 수 있다. 또한, 정면 콘트라스트가 우수한 수직 배향형 액정 표시 장치에서는, 일정한 콘트라스트를 얻을 수 있는 시각 범위는 수평 배향 모드의 TN(Twisted Nematic) 액정에 비교 하여 넓어진다.

그러나, 상기 수직 배향 모드에서는, 전압 인가 시의 액정 분자의 경도 방향을 적절히 제어해야 하여, 해당 경도 방향을 제어하지 않는 경우에는 도트 영역의 중앙부에 액정 분자가 기울어지지 않는 영역(디스클리네이션(disclination))이 발생하여 표시 휘도가 저하한다고 하는 문제가 있다. 또한, 이 디스클리네이션을 중심으로 하여 액정 분자가 방사 형상으로 기울어지기 때문에, 액정 분자의 다이렉터(director)와 편광판의 각도가 도트 영역 내에서 변화하여 편광판을 투과하는 광량이 저하한다고 하는 문제도 있다.

이러한 수직 배향 모드의 액정 표시 장치에서의 문제를 해결하기 위해서, 예컨대 이하의 특허 문헌 1에는, 평면에서 보아 매트릭스 형상으로 화소 전극이 형성된 기판에 있어서, 화소 전극간의 경계 영역에 배향 제어용의 매립 전극을 마련함으로써 전압 인가 시의 액정 분자의 경도 방향을 제어하도록 한 액정 표시 장치가 개시되어 있다.

[특허 문헌 1]

일본 특허 공개 평성 제 11-212053 호 공보

상기 특허 문헌 1에 기재된 액정 표시 장치에 따르면, 화소 전극으로의 전압 인가와는 독립적으로 제어되는 매립 전극의 작용에 의해, 도트 영역 내에서의 전압 인가 시의 액정 분자의 경도 방향을 제어하는 것이 가능하다. 그러나, 상기 매립 전극은 화소 전극과 기판 사이에 형성되어 있기 때문에, 액정 분자의 경도 방향을 적절히 제어하기 위해서는, 화소 전극에 의해 형성되는 전계보다도 강한 전계를 매립 전극에 의해 형성해야 한다. 즉, 매립 전극에는 화소 전극보다도 높은 전압을 인가해야 하여, 해당 매립 전극을 구동하기 위한 회로로서도 고내압의 구동 회로를 준비해야 한다. 그 때문에, 구성의 복잡화, 및 회로의 고성능화에 의해 제조 난이도 및 비용이 높아진다고 하는 문제가 있었다.

본 발명은 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로서, 도트 영역 내에서의 디스클리네이션의 발생을 효과적으로 억제하여 고휘도의 표시를 가능하게 하고, 또한 액정 분자의 배향 제어를 저전압으로 실행할 수 있으며, 바람직하게는 제조 용이성도 우수한 액정 장치를 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

또한 본 발명은 상기 액정 장치에 이용하여 바람직한 액정 장치의 구동 방법을 제공하는 것을 목적으로 하고 있다.

본 발명의 액정 장치는, 상기 과제를 해결하기 위해서, 일면측에 매트릭스 형상으로 배열 형성된 화소 전극과, 각각의 화소 전극에 대응하여 마련된 스위칭 소자를 구비한 어레이 기판과, 해당 어레이 기판과 대향하여 배치된 대향 기판과, 상기 양 기판 사이에 위치한 액정층을 구비한 액정 장치로서, 상기 액정층이 부(負)의 유전 이방성을 갖는 액정으로 이루어지고, 상기 대향 기판의 액정층측에, 상기 화소 전극간의 경계를 따라 연장되는, 평면에서 보아 대략 스트라이프 형상의 배향 제어 전극이 마련되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 구성에 따르면, 매트릭스 형상으로 배치된 화소 전극의 경계를 따르도록 배향 제어 전극이 마련됨으로써, 화소 전극에 전압이 인가되었을 때에, 액정층을 구성하는 수직 배향 모드의 액정 분자가 배향 제어 전극의 배열 방향으로 정렬하여 기울어지도록 할 수 있다. 따라서, 액정 분자가 무질서하게 기울어짐으로써 발생하는 디스클리네이션을 효과적으로 억제할 수 있어, 고휘도의 표시가 가능하다.

또한, 배향 제어 전극이 어레이 기판이 아니라, 대향 기판에 마련되어 있기 때문에, 액정 분자의 경도 방향을 제어하기 위한 배향 제어 전극에 의한 전계가, 화소 전극에 의한 전계에 차폐되는 일없이 직접 액정층에 작용한다. 따라서, 앞선 특허 문헌 1에 기재된 종래의 액정 표시 장치에 비하여, 배향 제어 전극에 인가하는 전압을 낮게 할 수 있어, 배향 제어 전극을 구동하기 위한 회로에 대한 내압 대책이 필요없게 되어, 제조가 용이하고, 또한 제조 비용의 저감도 가능하다.

본 발명의 액정 장치에서는, 상기 배향 제어 전극에 인가되는 전압이, 인접하여 형성된 배향 제어 전극에서 반대의 극성으로 되어 있는 것이 바람직하다. 상기 「반대의 극성」이란, 대향 기판측의 전극을 기준(제로)으로 하여 전위의 정부(正負)가 반대인 것을 나타내며, 예컨대 대향 기판측의 전극이 0V인 경우에는, 한쪽의 극성은 부의 전위로 되고, 다른쪽은 정의 전위로 되어 있는 상태를 가리킨다. 이러한 구성으로 함으로써 전압 인가 시의 액정 분자의 경도 방향(다이렉터의 방향)이 도트 영역 내에서 한 방향으로 정렬되도록 되어, 도트 영역 내에 디스클리네 이션 라인이 발생하여 휘도가 저하하는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 액정 장치에서는, 상기 배향 제어 전극에 인가되는 전압이 상기 화소 전극의 최대 구동 전압보다도 작은 구성으로 할 수 있다. 이전의 구성과 같이, 본 발명에 따른 액정 장치에서는, 배향 제어 전극이 대향 기판측에 마련되어 있기 때문에, 배향 제어 전극에 의한 전계가 액정층에 대부분 직접 작용한다. 따라서, 배향 제어 전극에 인가하는 전압을 화소 전극의 최대 구동 전압(화상을 표시할 때에 화소 전극에 인가되는 전압의 최대값)보다 작게 하였다고 해도, 양호하게 액정 분자의 경도 방향을 제어하는 것이 가능하게 되어 있다. 이 구성에 따르면, 종래의 액정 장치와 마찬가지의 전압으로 화소 전극 및 배향 제어 전극을 구동할 수 있어, 종래의 구성으로부터의 이행이 비교적 용이한 것으로 된다.

본 발명의 액정 장치는, 상기 화소 전극의 가장자리를 따라 서로 교차하는 방향으로 연장되는 주사선 및 데이터선이 형성되어 있고, 당해 액정 장치의 구동 모드가 1H 반전 구동으로 되고, 또한, 상기 배향 제어 전극과 상기 주사선이, 평면에서 보아 거의 겹치도록 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다.

또한, 본 발명의 액정 장치는, 상기 화소 전극의 가장자리를 따라 서로 교차하는 방향으로 연장되는 주사선 및 데이터선이 형성되어 있고, 당해 액정 장치의 구동 모드가 S 반전 구동으로 되고, 또한, 상기 배향 제어 전극과 상기 데이터선이, 평면에서 보아 거의 겹치도록 형성되어 있는 구성으로 할 수도 있다.

본 발명의 액정 장치에서는, 배향 제어 전극의 배열 방향으로 인접하는 화소에서 구동 전압의 극성을 반전시켜 구동하는 것이 바람직하다. 이것은, 액정 분자 의 경사 방향을 패널 전면(前面)에서 동일하게 하기 위해서이다. 따라서, 배향 제어 전극이 주사선을 따라 마련되어 있는 경우에는, 화소 전극의 구동 방식은 1H 반전 구동으로 하는 것이 좋다. 또한, 배향 제어 전극이 데이터선을 따라 마련되어 있는 경우에는, S 반전 구동으로 하는 것이 좋다.

본 발명의 액정 장치에서는, 상기 대향 기판의 액정층측에 대략 베타 형상의 공통 전극이 형성되고, 상기 공통 전극의 액정층측에, 절연층을 거쳐서 상기 배향 제어 전극이 형성되어 있는 구성으로 할 수 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 공통 전극과 전기적으로 절연되고, 임의의 전위를 유지할 수 있는 배향 제어 전극을 대향 기판에 마련할 수 있다.

또한, 본 발명의 액정 장치에서는, 상기 대향 기판의 액정층측에, 평면에서 보아 대략 스트라이프 형상의 공통 전극이 형성되어 있고, 상기 공통 전극의 기판측에, 해당 공통 전극간의 간극을 따라 연장되는 상기 배향 제어 전극이 절연층을 거쳐서 형성되어 있는 구성으로 할 수도 있다.

이러한 구성으로 함으로써, 공통 전극보다도 기판측에 배향 제어 전극을 마련하여도, 양호하게 액정층의 배향 제어를 행할 수 있도록 된다. 따라서, 예컨대 배향 제어 전극을 대향 기판의 차광막의 일부로서 형성하는 구성이나, 컬러 필터의 블랙 매트릭스의 일부로서 형성하는 구성 등을 용이하게 적용할 수 있도록 된다.

본 발명의 액정 장치에서는, 상기 대향 기판의 액정층측에, 평면에서 보아 대략 스트라이프 형상의 공통 전극이 형성되고, 상기 공통 전극간의 간격에, 해당 공통 전극과 평행하게 상기 배향 제어 전극이 형성되어 있는 구성으로 하는 할 수 도 할 수 있다.

이러한 구성으로 함으로써, 공통 전극과 배향 제어 전극을 동일층에 형성할 수 있어, 공통 전극과 배향 제어 전극을 동일한 재질로 구성하는 경우에는 특히 공정상의 이점이 있다. 또한, 공통 전극과 배향 제어 전극을 전기적으로 절연하기 위한 절연층의 형성 공정이 불필요하다고 하는 이점도 있다.

본 발명의 액정 장치에서는, 상기 배향 제어 전극이 차광막 또는 그 일부를 이루는 구성으로 할 수 있다. 배향 제어 전극이 형성되어 있는 영역에서는, 그 전계에 의해 액정층 중의 전계에 왜곡이 발생하여, 디스클리네이션 영역으로 되기 때문에, 표시 품질을 저하시키지 않도록 해당 영역을 차광할 필요가 있지만, 상기 구성으로 함으로써, 상기 디스클리네이션 영역은 배향 제어 전극 자신에 의해 차광된다. 즉, 배향 제어 전극과는 별도로 상기 디스클리네이션 영역을 차광하기 위한 차광막을 마련하는 경우에는, 차광막과 배향 제어 전극의 위치 정렬이 필요하지만, 본 구성에 의하면, 해당 위치 정렬은 불필요하여, 공정이 효율화된다.

본 발명의 액정 장치에서는, 상기 배향 제어 전극과 상기 대향 기판 사이에 컬러 필터가 형성되어 있는 구성으로 할 수도 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 고휘도, 광시야각의 컬러 표시가 가능한 액정 장치를 제공할 수 있다. 또한, 해당 구성에서는, 상기 배향 제어 전극이 상기 블랙 매트릭스의 평면 영역 내에 형성되는 것이 바람직하다. 배향 제어 전극이 블랙 매트릭스의 평면 영역을 일탈하여 배치되어 있으면, 그 영역도 차광할 필요가 발생하여, 개구율이 저하하기 때문에 바람직하지 않다.

본 발명의 액정 장치에서는, 상기 액정층을 사이에 두고 양측에, 해당 액정층에 원형 편광된 광(circularly polarized light)을 입사되기 위한 원형 편광된 광 입사 수단이 구비된 구성으로 할 수도 있다. 이러한 구성으로 함으로써, 편광판의 투과축과 액정층의 액정 분자의 다이렉터의 각도의 어긋남에 기인하는 휘도의 저하가 발생하지 않아, 밝은 표시를 얻을 수 있다.

다음에, 본 발명의 액정 장치의 구동 방법은, 청구항 1에 기재된 액정 장치의 구동 방법으로서, 인접하는 상기 배향 제어 전극에 반대의 극성의 전압을 인가한 상태에서 상기 화소 전극을 구동하는 것을 특징으로 한다. 이러한 구동 방법으로 함으로써, 화소 전극에 전압을 인가했을 때에, 액정 분자의 다이렉터의 방향이 도트 영역 내에서 거의 동일 방향(배향 제어 전극의 배열 방향)으로 정렬되도록 액정 장치를 구동할 수 있기 때문에, 고휘도의 표시가 가능하게 된다.

본 발명의 액정 장치의 구동 방법에서는, 상기 배향 제어 전극으로의 전압 인가를 상기 화소 전극의 주사와 동기하여 행할 수도 있다. 이러한 방법으로도, 상기 방법과 마찬가지로 고휘도의 표시가 가능하다.

본 발명의 전자 기기는 앞선 발명의 액정 장치를 구비한 것을 특징으로 하고 있다.

이 구성에 따르면, 고휘도, 고 콘트라스트, 광시야각의 표시부, 혹은 광학 변조 수단을 구비한 전자 기기를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예를 도면을 참조하여 설명한다. 이하의 실시예의 액정 장치는 스위칭 소자로서 박막 트랜지스터(TFT)를 이용한 액티브 매트릭스형 액 정 장치이다.

(제 1 실시예)

도 1은 본 실시예의 액정 장치의 화상 표시 영역을 구성하는 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 도트의 등가 회로도, 도 2는 TFT 어레이 기판의 하나의 도트의 구조를 나타내는 평면도, 도 3은 동(同) 액정 장치의 구조를 나타내는 단면도로서, 도 3(a)는 도 2의 A-A선에 따른 부분 단면도, 도 3(b)는 B-B선에 따른 대향 기판이 부분 단면도이다. 또, 이하의 각 도면에서는 각 층이나 각 부재를 도면 상에서 인식 가능한 정도의 크기로 하기 위해서, 각 층이나 각 부재마다 축척을 다르게 하고 있다.

본 실시예의 액정 장치에 있어서, 도 1에 나타내는 바와 같이, 화상 표시 영역을 구성하는 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 도트에는, 화소 전극(9)과 당go 화소 전극(9)을 제어하기 위한 스위칭 소자인 TFT(30)가 각각 형성되어 있고, 화상 신호가 공급되는 데이터선(6a)이 당해 TFT(30)의 소스에 전기적으로 접속되어 있다. 데이터선(6a)에 기입하는 화상 신호 S1, S2, …, Sn은 이 순서대로 선 순차적으로 공급되거나, 혹은 서로 인접하여 접하는 복수의 데이터선(6a)에 대하여 그룹마다 공급된다. 또한, 주사선(3a)이 TFT(30)의 게이트에 전기적으로 접속되어 있고, 복수의 주사선(3a)에 대하여 주사 신호 G1, G2, …, Gm이 소정의 타이밍으로 펄스적으로 선 순차적으로 인가된다. 또한, 화소 전극(9)은 TFT(30)의 드레인에 전기적으로 접속되어 있고, 스위칭 소자인 TFT(30)를 일정 기간만큼 온함으로써, 데이터선(6a)으로부터 공급되는 화상 신호 S1, S2, …, Sn을 소정의 타이밍으로 기입한다.

화소 전극(9)을 거쳐서 액정에 기입된 소정 레벨의 화상 신호 S1, S2, …, Sn은 후술하는 공통 전극과의 사이에서 일정 기간 유지된다. 액정은 인가되는 전압 레벨에 따라 분자 집합의 배향이나 질서가 변화됨으로써, 광을 변조하여 계조 표시를 가능하게 한다. 여기서, 유지된 화상 신호가 리크되는 것을 방지하기 위해서, 화소 전극(9)과 공통 전극 사이에 형성되는 액정 용량과 병렬로 축적 용량(70)이 부가되어 있다. 또, 부호 (3b)는 용량선이다.

다음에, 도 2에 근거하여 본 실시예의 액정 장치의 평면 구조에 대해서 설명한다. 도 2에 나타내는 바와 같이, TFT 어레이 기판 상에 복수의 직사각형 형상의 화소 전극(9)이 매트릭스 형상에 마련되어 있고, 화소 전극(9)의 종횡 경계를 따라 데이터선(6a) 및 주사선(3a)이 형성되어 있다. 또한, 도 2에서는, 도면을 보기 쉽게 하기 위해서, 용량선(3b) 및 축적 용량(70)의 도시는 생략하고 있다. 본 실시예에서 각 화소 전극(9)과 그 주위를 둘러싸도록 배치된 데이터선(6a) 및 주사선(3a) 등이 형성된 영역의 내측이 하나의 도트 영역이며, 매트릭스 형상으로 배치된 각 도트 영역마다 표시가 가능한 구조로 되어 있다.

데이터선(6a)은 TFT(30)를 구성한다, 예컨대 폴리실리콘막으로 이루어지는 평면에서 보아 직사각형 형상의 반도체층(11)과 교차하는 위치에서, 반도체층(11)의 소스 영역(7)에 도시하지 않은 콘택트 홀을 거쳐서 전기적으로 접속되어 있고, 화소 전극(9)은 반도체층(11)의 드레인 영역(8)에 직접 또는 콘택트 홀을 거쳐서 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 반도체층(11)의 대략 중앙부에서, 주사선(3a)으로부터 분기하여 연장되는 게이트 전극(13)이 교차하고 있으며, 이 게이트 전극(13)과 평면적으로 겹치는 영역이 반도체층(11)의 채널 영역으로 되어 있다.

또한, 주사선(3a)과 평면적으로 겹치도록 스트라이프 형상의 배향 제어 전극(25)이 배치되어 있고, 배향 제어 전극(25)과 대략 직교하여 스트라이프 형상의 차광막(26)이 배치되어 있다. 배향 제어 전극(25)은 주사선(3a)보다도 굵게 형성되고, 또한, 각 화소 전극(9)의 주사선(3a)측의 가장자리부와 평면적으로 겹치고 있다. 또한 차광막(26)은 데이터선(6a)과 반도체층(11)의 일부를 덮도록 형성되어 있다. 또한, 이들 배향 제어 전극(25) 및 차광막(26)은 화소 전극(9)이나 TFT(30) 등이 형성된 TFT 어레이 기판에 대향 배치된 후술하는 대향 기판의 액정층측에 마련되어 있다.

다음에, 단면 구조를 보면, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, TFT 어레이 기판(10)과 이것에 대향 배치된 대향 기판(20)과의 사이에 초기 배향 상태가 수직 배향을 나타내는, 부의 유전 이방성을 갖는 액정으로 이루어지는 액정층(50)이 위치하고 있다. TFT 어레이 기판(10)은 석영, 유리 등의 투광성 재료로 이루어지는 기판 본체(10A)의 표면에 ITO 등으로 이루어지는 투명 도전막 혹은 알루미늄, 은 등으로 이루어지는 금속 반사막, 혹은 또한 상기 투명 도전막과 금속 반사막의 적층막에 의해 구성되는 화소 전극(9)을 갖고 있다.

또한, 도 3(a)에서는 TFT 어레이 기판(10)의 구성 요소로서 기판 본체(10A)와 화소 전극(9)을 도시하고 있지만, 실제로는 화소 전극(9)과 기판본체(10A) 사이 에 하나 또는 복수의 절연막이 형성되어 있고, 해당 절연막의 층 사이에, 상기한 반도체층(11)이나 주사선(3a), 데이터선(6a) 등이 형성되어 있다. 화소 전극(9)을 덮어 수직 배향막이 형성되어 있다.

한편, 대향 기판(20)에는, 도 3(a) 및 도 3(b)에 나타내는 바와 같이, 석영, 유리 등의 투광성 재료로 이루어지는 기판 본체(20A)의 내면측에, 공통 전극(22)과, 평면에서 보아 대략 스트라이프 형상의 차광막(26)과, 이 차광막(26)을 덮어 형성된 절연층(23)과, 상기 차광막(26)과 직교하여 연장되는 배향 제어 전극(25)이 순서대로 형성되어 있으며, 배향 제어 전극(25) 및 절연층(23)을 덮어 도시하지 않은 수직 배향막이 형성되어 있다.

또한, 도 3(a)에 나타내는 바와 같이, TFT 어레이 기판(10) 및 대향 기판(20)의 외면측에는 각각 편광판(17, 27)이 마련되어 있다.

대향 기판(20)의 공통 전극(22)은, 예컨대 ITO 등의 투명 도전 재료로 이루어지고, 기판 본체(20A)의 일면측에 베타 형상으로 형성되어 있다. 이 공통 전극(22) 상에 형성된 차광막(26)은, 예컨대 Al, Cr 등의 재료로 구성된다. 또한, 차광막(26) 및 공통 전극(22)을 덮는 절연층(23)은, 예컨대 SiO₂ 등의 절연성의 투광성 재료로 구성되고, 그 위에 형성된 배향 제어 전극(25)과 공통 전극(22)을 전기적으로 절연하여 배향 제어 전극(25)으로 임의의 전압을 인가할 수 있도록 되어 있다. 따라서, 본 실시예에서는, 배향 제어 전극(25)의 연장 방향단에, 배향 제어 전극(25)의 각 전극에 전압을 인가하기 위한 구동 회로가 접속되어 있다.

상기 구성을 구비한 본 실시예의 액정 장치에서는, 대향 기판(20)에 배향 제어 전극(25)이 마련되어 있음으로써, 수직 배향 모드의 액정에 전압을 인가하여 기판면 방향으로 기울어졌을 때의 경도 방향을 배향 제어 전극(25)의 폭 방향(배열 방향)으로 정렬하는 것이 가능하게 되어 있다. 도 3(a)에는, 화소 전극(9)에 도시한 좌측으로부터 + 5V, -5V, +5V의 전압을 인가하고, 대향 기판의 배향 제어 전극(25)에는, 도시한 좌측으로부터 -3V, +3V의 전압을 인가한 상태에서의 액정 분자(51)의 배향 상태가 모식적으로 도시되어 있다. 해당 도면에 나타내는 액정 분자(51)의 배향 상태는, 도 3(a)에 나타내는 각 전극의 전위 조건에서, 본 발명자가 시뮬레이션에 의해 구한 액정 분자의 분포에 근거한 것이다.

또한, 상기 시뮬레이션에서는, 액정 장치의 구동 방식은 1H 반전 구동(행 반전 구동)으로 하고, 전압 인가 시의 액정층(50)의 방해물을 λ/2, 편광판(17, 27)은 그 투과축이 배향 제어 전극(25)의 연장 방향과 45°의 각도를 이루는 크로스 니콜(crossed nicols)의 노멀리 블랙으로 하였다. 또한, 배향 제어 전극(25)에는 1개마다 극성을 반전시켜 3V의 전압을 인가하였다.

도 3(a)에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 액정 장치에서는, 화소 전극(9)의 구동 전압(5V)보다도 낮은 전압(3V)을 배향 제어 전극(25)에 인가해 둠으로써, 액정층(50)에 전압을 인가했을 때의 액정 분자(51)의 경도 방향(다이렉터)을 도시 오른쪽 방향으로 도트 영역 내에서 정렬할 수 있다. 즉, 배향 제어 전극(25)에 인가한 전압에 의해서, 화소 전극(9)과 공통 전극(22) 사이에 형성되는 전계가 배향 제어 전극(25)의 근방에서 왜곡되고, 화소 전극(9)의 가장자리부에 전계의 경사가 형성된다. 그리고, 이 전계의 경사에 따라 액정 분자(51)가 기울어지며, 그들에 따라 도트 영역 내의 액정 분자(51)의 경도 방향이 한 방향으로 정렬하여 기울어지도록 된다. 또한, 배향 제어 전극(25)에 의한 전계의 왜곡은 배향 제어 전극(25)의 근방에만 나타나며, 배향 제어 전극(25)의 폭에도 의하지만, 표시 영역에는 거의 영향을 미치지 않고, 따라서 액정 분자(51)의 기울기 각도가 상기 배향 제어 전극(25)의 전계에 의해 얕게 되었다고 해도 블랙크닝(blackening) 현상 등의 표시 품질의 저하는 발생하지 않는다.

이와 같이, 본 실시예의 액정 장치에 따르면, 액정 분자(51)가 도트 영역 내에서 무질서하게 기울어지는 것에 의해 발생하는 디스클리네이션 라인을 효과적으로 방지할 수 있어, 고휘도의 표시를 얻을 수 있고, 또한, 수직 배향 모드의 액정 장치에서 문제로 되어 있었던 기울진 쪽의 관찰 시의 얼룩 형상의 착색도 효과적으로 방지할 수 있어, 넓은 시각 범위로 고품질의 표시를 얻을 수 있도록 된다.

또한, 본 실시예의 경우, 배향 제어 전극(25)은 Al, Cr 등의 금속막에 의해 구성되어 차광막(블랙 매트릭스)으로서도 기능하도록 되어 있다. 배향 제어 전극(25)은 ITO 등의 투명 도전 재료에 의해 구성할 수도 있지만, 상기한 바와 같이 차광막을 겸하는 구성으로 함으로써, 배향 제어 전극(25)의 전위에 의해 전계가 왜곡된 영역을 용이하게 차광할 수 있어, 해당 전계의 왜곡에 기인하는 디스클리네이션이 표시 품질에 영향을 주지 않도록 할 수 있다. 또한, 배향 제어 전극(25)을 투명 전극으로 하고, 별도 차광막을 마련하는 경우에는, 배향 제어 전극(25)과 차광막의 위치 정렬을 정확히 실행할 필요가 있지만, 배향 제어 전극(25)이 차광막을 겸하는 구성으로 함으로써, 공정수를 삭감할 수 있고, 또한, 정밀도 불량에 의한 양품률의 저하를 방지할 수 있다고 하는 이점이 있다.

또한, 배향 제어 전극(25)의 평면 영역에서는, 상기한 바와 같이 전계의 왜곡이 발생하여, 디스클리네이션이 발생한 상태로 되기 때문에, 액정 장치의 개구율의 점에서는, 배향 제어 전극(25)의 폭은 화소 전극(9)의 간격 정도로 좁게 하는 것이 바람직하고, 배향 제어 전극(25)에 따라 별도의 차광막을 마련하는 경우에는, 폭을 더 좁게 형성하더라도 상관없다.

또한, 상기한 바와 같이, 본 실시예의 액정 장치에서는, 배향 제어 전극(25)이 대향 기판(20)측에 마련되어 있음으로써, 전압 인가 시의 액정 분자의 경도 방향을 제어하기 위한 배향 제어 전극(25)에 인가하는 전압을 화소 전극(9)에 인가되는 전압보다도 낮게 할 수 있다. 구체적으로는, 특허 문헌 1에 기재된 종래의 기술에서는, 배향 제어용의 매립 전극이 화소 전극보다도 하측에 마련되어 있기 때문에, 예컨대 화소 전극의 구동 전압이 5V인 경우에는, 매립 전극에 인가하는 전압은 10∼15V 정도로 화소 전극보다도 상당히 높은 전압을 인가해야 하여, 그 때문에 매립 전극용의 구동 회로로서 고내압의 회로를 실장해야 하였다. 이에 반하여, 본 실시예의 액정 장치에서는, 배향 제어 전극(25)에 인가하는 전압을 화소 전극의 구동 전압보다 낮게 하더라도, 앞서 기재한 바와 같이 양호하게 액정 분자의 배향 제어를 할 수 있기 때문에, 배향 제어 전극(25)용의 구동 회로로의 부하가 저감되어, 이에 따라 고내압의 구동 회로를 실장할 필요가 없어져, 제조를 용이한 것으로 할 수 있다.

본 실시예의 액정 장치에서는, 배향 제어 전극(25)의 전압의 극성은 1개마다 반대로 되어 있고, 구동 방식은 1H 반전 구동으로 되어 있다. 도 4는 공통 전극의 전위를 0V로 한 경우의 1H 반전 구동 시의 각 화소의 전압의 극성을 모식적으로 나타내는 설명도이고, 도 5는 화소 전극(9)과 배향 제어 전극(25)의 전압의 극성을 모식적으로 나타내는 설명도이다.

본 실시예의 액정 장치에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 배향 제어 전극(25)은 주사선의 연장 방향과 평행하게 형성되고, 또한 도 5에 나타내는 바와 같이 1개마다 전압의 극성이 반대로 되어 있다. 이러한 구성에서는, 배향 제어 전극(25)의 배열 방향으로 인접하는 화소의 전압 극성을 반전시키는 1H 반전 구동으로 하는 것이 바람직하며, 이러한 구동 방법으로 하지 않고, 예컨대 S 반전 구동으로 한 경우에는, 그레이 표시가 한층 더한 얼룩과 같은 표시로 되기 때문에 바람직하지 않다.

그래서, 1H 반전 구동에서는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 1 프레임에서, 주사선의 연장 방향으로 각 화소의 극성이 정렬되어 있고, 데이터선의 연장 방법에서는 인접하는 화소간에 반대의 극성으로 되도록 각 화소 전극(9)에 화상 신호가 기입되고, 프레임마다 각 화소의 극성이 반전하도록 구동된다. 따라서, 배향 제어 전극(252)의 배열 방향으로 전압의 극성이 반전되어, 명멸(flicker)의 발생이 억제된 양호한 표시를 얻을 수 있다.

또한, 배향 제어 전극(25)의 구동 형태에서는, (1) 항상 일정 전압으로 유지하는 방법, 혹은, (2) 주사선(3a)의 주사에 동기하여 배향 제어 전극(25)을 주사하 는 방법을 예시할 수 있다. 어느 구동 방법을 이용하여도, 디스클리네이션의 발생을 억제하는 것에 의한 휘도 향상 효과를 얻을 수 있기 때문에, 배향 제어 전극(25)의 구동 방법은 액정 장치의 설계에 따라 명멸 등이 발생하기 어려운 구동 방법을 선택하면 된다.

또한, 본 실시예의 액정 장치에서는, 도 3(a)에 나타내는 편광판(17, 27)과 액정층(50) 사이에, 1/4 파장판 등의 원형 편광된 광 입사 수단을 마련할 수도 있다. 이 구성에 따르면, 액정층(50)을 투과하는 광이 원형 편광된 광으로 됨으로써, 액정 장치의 휘도가 액정 분자의 다이렉터와 편광판(17, 27)의 투과/흡수축의 각도에 의존하지 않는 구성으로 할 수 있다.

이상의 실시예에서는, 배향 제어 전극(25)이 주사선(3a)을 따라 배치되어 있는 경우에 대하여 설명했지만, 본 발명에 따른 액정 장치의 형태로서는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 배향 제어 전극(25)이 데이터선(6a)을 따라 배치된 것도 적용할 수 있다. 도 6은 제 1 실시예의 액정 장치의 다른 구성예를 나타내는 평면 구성도이며, 그 단면 구성은 도 3에 나타내는 제 1 실시예와 마찬가지이다.

이러한 구성으로 하는 경우에는, 차광막(26)이 주사선(3a)을 따라 배치되도록 대향 기판(20)에 형성하면 된다. 그리고, 해당 구성에서는, 액정 장치의 구동 방식은 S 반전 구동으로 된다. 즉, 데이터선(6a)을 따라 형성된 배향 제어 전극(25)의 배열 방향(도시한 좌우 방향)으로 인접하는 화소 사이에서, 전압의 극성이 반전되도록 각 화소가 구동된다.

도 6에 나타내는 구성예의 액정 장치도, 앞선 실시예와 마찬가지로, 도트 영 역 내의 액정 분자가 전압 인가 시에 한 방향으로 정렬되어 경도되기 때문에, 디스클리네이션의 발생을 억제하는 효과를 얻을 수 있어, 고휘도의 표시가 가능하다. 또한, 액정층의 상하에 원형 편광 수단을 마련하더라도 되는 것은 물론이다.

(제 2 실시예)

다음에, 본 발명의 액정 장치의 제 2 실시예를 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7(a)는 본 실시예의 액정 장치의 부분 평면 구성도이며, 도 7(b)는 동 도면의 C-C선에 따른 단면 구성도이다.

본 실시예의 액정 장치의 구성에 있어서, 앞선 실시예의 액정 장치와 다른 점은 그 대향 기판의 구성이며, 그 기판 구성은 상기 제 1 실시예의 액정 장치와 마찬가지이다. 따라서, 도 7에서 도 1 내지 도 3과 동일한 구성 요소에는 동일한 부호를 부여하고, 그 상세한 설명은 생략한다.

도 7(a) 및 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 액정 장치에서는, 대향 기판(20)의 내면측에, 평면에서 보아 스트라이프 형상의 배향 제어 전극(25)과, 이 배향 제어 전극(25)을 덮는 절연층(23)과, 절연층(23) 상에 상기 배향 제어 전극(25)과 평행하게 연장되는 평면에서 보아 스트라이프 형상의 공통 전극(22a)이 형성되어 있다. 도 7(a)에 나타내는 바와 같이, 공통 전극(22a)은 ITO 등의 투명 도전 재료로 이루어지고, 그 폭 내에 화소 전극(9)을 포함하도록 평면 배치되어 있다. 배향 제어 전극(25)은 화소 전극의 도시한 좌우 방향의 변의 단을 따라, 주사선(3a)과 평면적으로 겹치도록 화소 전극(9, 9) 사이의 경계부에 배치되어 있다. 또한, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 공통 전극(22a)과 배향 제어 전극(25)은 절연층(23)에 의해 전기적으로 절연되어 있다. 배향 제어 전극(25)에는, 상기 제 1 실시예와 마찬가지로 도시를 생략한 구동 회로가 접속되어 있고, 직사각형의 전극 1개 걸러서 반대 극성의 전압을 인가하도록 되어 있다. 본 실시예의 액정 장치에 있어서도, 화소 전극(9)의 구동 방식은 1H 반전 구동으로 된다.

또한, 도 7(b)에 나타내는 바와 같이, 본 실시예의 액정 장치에서는, 배향 제어 전극(25)이 공통 전극(22)보다 기판 본체(20A)측에 마련되어 있지만, 공통 전극(22a)이 평면에서 보아 스트라이프 형상으로 형성되어 배향 제어 전극(25)에 대응하는 평면 영역에서 개구되어 있기 때문에, 배향 제어 전극(25)에 의한 전계는 공통 전극(22a)에 의해 거의 차폐되는 일없이, 도트 영역간의 경계 부분에서 액정층(50)에 작용하도록 되어 있고, 전압 인가 시의 액정 분자의 경도 방향을 배향 제어 전극(25)의 배향 방향(도 5(a) 상하 방향)으로 정렬할 수 있다. 따라서, 본 실시예의 액정 장치에 있어서도, 도트 영역 내에서 디스클리네이션의 발생을 효과적으로 억제할 수 있어, 더욱 고휘도의 표시를 얻을 수 있도록 되어 있다.

또한, 본 실시예의 액정 장치에 있어서도, 앞선 실시예의 액정 장치와 마찬가지로, 배향 제어 전극(25)이 데이터선(6a)을 따라 배치된 구성을 채용할 수 있다. 도 8은 해당 구성의 액정 장치의 평면 구성도이다. 도 8에 나타내는 바와 같이, 본 구성에서는, 배향 제어 전극(25)이 데이터선(6a)을 따라 배치된 것에 맞추어, 공통 전극(22a)이 데이터선(6a)을 따른 스트라이프 형상으로 형성되고, 차광막(26)이 주사선(3a)을 따른 스트라이프 형상으로 형성되어 있다. 해당 구성 에서는, 액정 장치의 구동 방식으로서는 S 반전 구동으로 된다.

(전자 기기)

도 9는 본 발명에 따른 액정 장치를 표시부에 구비한 전자 기기의 일례인 휴대 전화의 사시 구성도이며, 이 휴대 전화(1300)는 상기 실시예의 액정 장치를 작은 사이즈의 표시부(1301)로서 구비하며, 복수의 조작 버튼(1302), 수화구(1303) 및 송화구(1304)를 구비하여 구성되어 있다.

상기 실시예의 액정 장치는 투사형 광 밸브 및 직시형 표시 장치 모두에 적합하게 이용할 수 있어, 그 적용 범위는 상기 휴대 전화에 한정되지 않는다.

예컨대, 액정 프로젝터 등의 투사형 표시 장치나, 전자북, 퍼스널 컴퓨터, 디지털 스틸 카메라, 액정 텔레비전, 뷰 파인더형 혹은 모니터 직시형 비디오 테이프 레코더, 카 네비게이션 장치, 페이저, 전자 수첩, 전자 계산기, 워드 프로세서, 워크스테이션, 화상 전화, POS 단말, 터치 패널을 구비한 기기 등등에 적합하게 이용할 수 있어, 어느 전자 기기에 있어서도, 고휘도, 고콘트라스트의 고품질의 표시를 얻을 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, 도트 영역 내에서의 디스클리네이션의 발생을 효과적으로 억제하여 고휘도의 표시를 가능하게 하고, 또한 액정 분자의 배향 제어를 저전압으로 실행할 수 있으며, 바람직하게는 제조 용이성도 우수 한 액정 장치, 이 액정 장치에 이용하여 바람직한 액정 장치의 구동 방법을 얻을 수 있다.

Claims

일면(一面)측에 매트릭스 형상으로 배열 형성된 화소 전극과, 각각의 화소 전극에 대응하여 마련된 스위칭 소자를 구비한 어레이 기판과, 해당 어레이 기판과 대향하여 배치된 대향 기판과, 상기 양 기판 사이에 위치한 액정층을 구비한 액정 장치로서,

상기 액정층이 부(負)의 유전 이방성을 갖는 액정으로 이루어지고,

상기 대향 기판의 액정층측에, 상기 화소 전극 사이의 경계를 따라 연장되는, 평면에서 보아, 스트라이프 형상의 배향 제어 전극이 마련되어 있는 것

을 특징으로 하는 액정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 배향 제어 전극에 인가되는 전압이, 인접하여 형성된 배향 제어 전극에서 반대의 극성으로 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,

상기 배향 제어 전극에 인가되는 전압이, 상기 화소 전극의 최대 구동 전압보다도 작은 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 화소 전극의 가장자리를 따라 서로 교차하는 방향으로 연장되는 주사선 및 데이터선이 형성되어 있고,

당해 액정 장치의 구동 모드가 1H 반전 구동으로 되고, 또한, 상기 배향 제어 전극과 상기 주사선이 평면에서 보아 겹치도록 형성되어 있는 것

을 특징으로 하는 액정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 화소 전극의 가장자리를 따라 서로 교차하는 방향으로 연장되는 주사선 및 데이터선이 형성되어 있고,

당해 액정 장치의 구동 모드가 S 반전 구동으로 되고, 또한, 상기 배향 제어 전극과 상기 데이터선이 평면에서 보아 겹치도록 형성되어 있는 것

을 특징으로 하는 액정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 대향 기판의 액정층측에 베타 형상의 공통 전극이 형성되고, 상기 공통 전극의 액정층측에 절연층을 거쳐서 상기 배향 제어 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 대향 기판의 액정층측에 평면에서 보아 스트라이프 형상의 공통 전극이 형성되어 있고, 상기 공통 전극의 기판측에, 해당 공통 전극 사이의 간극을 따라 연장되는 상기 배향 제어 전극이 절연층을 거쳐서 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 대향 기판의 액정층측에 평면에서 보아 스트라이프 형상의 공통 전극이 형성되고, 상기 공통 전극 사이의 간극에 해당 공통 전극과 평행하게 상기 배향 제어 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 배향 제어 전극이 차광막 또는 그 일부를 이루고 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 배향 제어 전극과 상기 대향 기판 사이에 컬러 필터가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 액정층을 사이에 두고 양측에, 해당 액정층에 원형 편광된 광(circularly polarized light)을 입사시키기 위한 원형 편광된 광 입사 수단이 구비된 것을 특징으로 하는 액정 장치.
청구항 1에 기재된 액정 장치의 구동 방법으로서,

인접하는 상기 배향 제어 전극에, 반대 극성의 전압을 인가한 상태에서 상기 화소 전극을 구동하는 것을 특징으로 하는 액정 장치의 구동 방법.
제 12 항에 있어서,

상기 배향 제어 전극으로의 전압 인가를 상기 화소 전극의 주사와 동기하여 행하는 것을 특징으로 하는 액정 장치의 구동 방법.
청구항 1에 기재된 액정 장치를 구비한 것을 특징으로 하는 전자 기기.