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KR101408411B1 - 액정 표시 소자 및 투사형 액정 표시 장치 - Google Patents

액정 표시 소자 및 투사형 액정 표시 장치 Download PDF

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KR101408411B1
KR101408411B1 KR1020070087207A KR20070087207A KR101408411B1 KR 101408411 B1 KR101408411 B1 KR 101408411B1 KR 1020070087207 A KR1020070087207 A KR 1020070087207A KR 20070087207 A KR20070087207 A KR 20070087207A KR 101408411 B1 KR101408411 B1 KR 101408411B1
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히데노부 구료이
아끼꼬 도리야마
야스히로 시라사까
히사시 가도따
히로히데 후꾸모또
하지메 쯔찌야
준 다까하마
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소니 주식회사
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Abstract

배향막들이 배향막간에 소정간극으로 서로 대향하도록 시일재로 접합한 한 쌍의 기판 사이에 액정층이 삽입된 액정 표시 소자가 개시되며, 측정 온도 70℃에서 액정층을 위한 재료의 유전률 이방성 Δε은 -4.5로부터 0 미만이다.
액정 표시 소자, TFT 어레이 기판, 대향 기판, 화소 전극, 대향 전극, 시일재, 액정층

Description

액정 표시 소자 및 투사형 액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY ELEMENT AND PROJECTION TYPE LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
[관련 출원 상호 참조]
본 발명은 2006년 8월 30일자로 일본국 특허청에 출원된 일본국 특허 출원 JP 2006-233907 및 JP 2006-233908에 관한 주제를 포함하고 있으며, 이들의 내용은 참조로 본 명세서에 통합된다.
본 발명은 배향막들이 배향막간에 소정 간극으로 대향되도록 시일재(sealing material)로 접합한 한 쌍의 기판 간에 액정층이 삽입되어 있는 액정 표시 소자 및 이 액정 표시 소자를 이용한 투사형 액정 표시 장치에 관한 것이다.
액정 프로젝터 등의 투사형 액정 표시 장치는，광원으로부터 출사되는 광을 적, 녹, 청으로 분리하고, 각 색광을 액정 표시 소자(이하, LCD라 부른다)로 구성되는 3개의 라이트 밸브에 의해 변조하고, 변조된 후의 색광속(color luminous fluxes)을 다시 합성하여, 합성 결과를 투사면에 확대 투사하고 있다.
액정 프로젝터 등에 탑재되는 라이트 밸브는, 일반적으로 박막 트랜지스터(이하 TFT라고 한다) 구동에 기초한 액티브 매트릭스 구동 방식의 LCD가 이용된다.
액티브 매트릭스 구동 방식의 표시 방식은 90도 비틀어진 분자 배열을 갖는 트위스티드 네마틱(TN형) 액정을 포함한다.
최근에는, 액정 프로젝터 장치의 고휘도화, 고콘트라스트화, 고선명화, 고수명화를 도모하기 위해, 수직배향형의 액정소자에 대한 검토를 시작하고 있다.
수직배향 액정재료는, 마이너스의 유전률이방성을 가지고 있는(액정분자의 장축에 평행한 유전률ε=와 수직한 유전률ε⊥와의 차가 마이너스 값이다) 액정재료이다. 액정에 인가되는 전압이 제로일 때에 기판면에 거의 수직으로 액정분자가 배향된다. 그러므로, 이 수직배향형의 액정 표시 소자는, 매우 높은 콘트라스트비를 제공할 수 있다.
수직배향형의 액정 표시 소자는, 투과형 및 반사형 어느 것으로도 이용되고, 고수명화를 위해 배향막의 무기화와 함께 액정 프로젝터의 주류가 될 것으로 생각된다.
액티브 매트릭스 구동 방식의 LCD의 표시를 균일하게 행하기 위해서는, 기판표면 전체 면에 액정분자를 균일하게 배향시키는 것이 필요하다.
배향막과 전극이 각각 형성되어 있는 2매의 기판은, 각 기판의 배향막이 서로 대향하도록 배치되어 있어, 실제로 화상이 표시되는 화소 표시 영역의 주위에 위치하는 씰 영역에서 시일재에 의해 서로 접합된다.
기판 간극을 제어하기 위해, 최근에는，레지스트에 의해 형성되는 기둥 스페이서(pillar spacer)가 이용된다.
공 셀(empty cell)은 이들의 공정을 거쳐서 제조된다. 이 후에, 이 공 셀 내에 액정이 봉입되어서, 액정 셀이 제조된다.
또한, 전술한 액정은, 몇 종류의 단체 액정재료로 형성되고, 액정조성물이라고도 불린다. 제조된 액정 셀에 편광판을 부착함으로써 액정 표시 소자가 제조된다.
재료를 포함해서 다양한 액정 표시 소자가 제안되어 있다. 좀 더 정보를 제공해 보면, 본 명세서는 특허문헌 1로서 일본국 특허 공개공보 No. 2005-306949, 특허문헌 2로서 일본국 특허 공개공보 No. 2003-119248, 특허문헌 3으로서 일본국 특허 공개공보 No. 2003-119249, 특허문헌 4로서 일본국 특허 공개공보 No. 2006-22228, 및 특허문헌 5로서 일본국 특허 공개공보 No. 2001-255562를 이용한다.
그러나, 이들 액정 표시 소자에서는，동일한 화면을 장시간 표시한 경우 표시 절환시에, 표시가 남아버리는 소위 번-인이라고 하는 문제가 발생할 수 있다.
도 1의 (a) 내지 도 1의 (d)는 번-인(burn-in) 발생의 상정 모델의 일례를 도시하는 도면이다.
도 1의 (a) 내지 도 1의 (d)에서, 참조 번호 1은 TFT 어레이 기판을, 참조 번호 2는 대향 기판을, 참조 번호 3 및 4는 배향막 층을, 참조 번호 5는 액정층을 각각 나타내고 있다.
액정 셀 내에는, 액정층(5)의 액정 재료 중, 배향막 층(3 및 4)이나 씰(seal) 등의 주변재료에 포함되는 이온성 불순물, 그외에 공정 내에서 부착되는 여러 가지 이온성 불순물이 혼입되어 있는 것으로 생각된다(도 1의 (a)).
도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 기판(1)의 배향막(3) 위로 이온성 불순물이 흡착되면 배향막 층(3)과 불순물 층으로 이루어지는 전기 이중층이 형성된다.
2매의 기판, 예를 들면 TFT 기판(1)과 대향 기판(2)의 제작에서는，정확히 동일한 처리를 하는 것이 곤란해서, 각각의 불순물의 흡착력이 동일하지가 않다. 전술한 바와 같이 흡착량이 각각의 기판에서 상이하기 때문에, 대향 전극에 인가하는 전압(이하, Ｖcom 전압)이 어긋난다. 신호전압의 극성 반전시에는, 액정분자에 실제로 인가되는 전계의 강도(실효 전압)가 반전 주기에 대응해서 서로 다르게 된다.
그 결과, 액정분자가 흔들리고, 플리커와 같은 화면의 깜박거림 현상이 발생한다.
플리커를 발생시키는 Ｖcom 전압으로 표시를 계속한 경우에는, 도 1의 (c)에 도시한 바와 같이, 정부신호 간의 신호 밸런스가 무너지므로, 액정분자에 직류성분이 인가된다. 한쪽의 기판에 항상 직류성분이 인가되기 때문에, 상기 액정 셀 내의 이온성 불순물이, 액정층(5)의 한쪽의 기판(1) 측에 축적된다.
이때, 도 1의 (d)에 도시한 바와 같이, 모든 전극의 전압을 오프 레벨(off level)로 설정하여도, 이온성 불순물이 배향막 층(3)의 근방에 축적된 채 유지되고 있어, 액정분자에 미소한 전계가 인가되는 상태가 유지된다. 그러므로, 번-인 현상이 관측된다.
번-인 현상의 발생이라는 문제를 해결하기 위해서는, 액정 셀 내의 이온성 불순물의 량을 감소시키는 것이 유효하다.
이하, 재료로부터의 액정 셀로 들어가는 이온성 불순물 침입 루트에 대해서 설명한다.
예를 들어, 주변재료는 시일재를 포함한다. 최근은, 시일재로서 광경화형 시일재, 혹은 광경화 및 열경화 병용형 시일재를 이용한다.
일반적으로는, 아크릴수지나 에폭시 수지가 이용되고 있다. 이들 수지를 중합시키기 위해서는, 광 래디컬 중합 개시제(polymerization initiator)나 광 양이온 중합 개시제가 이용된다. 이들 중합제 개시제의 반응이 불충분한 경우에는, 중합체 개시제가 이온성 불순물로 변한다. 액정재료와 시일재는 서로 접촉해 있기 때문에， 액정 셀 내의 이온성 불순물은 극적으로 증가하게 된다.
액정 재료에서，합성시에 잔류하고 있는 불순물이 있다. 일반적으로 액정재료의 유전률 이방성 Δε가 증가하는 만큼, 액정의 극성이 커져서, 액정 중에 이온성 불순물이 용해되기 쉬워진다. 그러므로, 좀 더 엄격한 화질품위 및 신뢰성이 요구되고 있다.
외부로부터의 이온성 불순물 침입 루트는 다양하다. 예를 들면, 배향막을 특히 스핀 코트나 증착 방법으로 형성하는 경우, 기판 끝 부분까지 막이 형성된다. 그러므로, 배향막과 씰의 계면을 통해서 수분이나 이온성 불순물이 액정 중에 침입하므로, 문제가 현저하게 발생한다.
또한, 액정재료의 보존중이나 주입 공정에서，주위의 이온성 불순물이 용해되어버리는 경우도 있을 수 있다.
프로젝터에 이용하는 투사형 LCD에서는，이들 과제의 심각함이 보다 현저하다. 확대 투영의 실행 때문에 화질 이상이 눈에 띄기 쉽다. 패널에 입사하는 광의 량이 직시형에 비해 매우 많으므로 패널이 고온이 되고, 미량의 이온성 불순물 혼입에 의한 열화도 보이기 쉬운 경향이 있다.
물이나 온도 이외에도 광에 대한 내성이 요구되며, 미소한 오염도 큰 과제로 될 수 있다. 특히, 광 조사에 의해 번-인의 악화뿐만 아니라, 이온성 불순물로부터 야기되는 여러 가지 과제는, 특히 투사형 LCD에서 훨씬 심각한 경향이 있다.
액정 셀 내의 이온성 불순물의 량을 감소시키는 것이 가능해서, 번-인 현상 등의 발현을 억지할 수 있고, 나아가서는 보다 고품위의 화질을 얻을 수 있는 액정 표시 소자 및 투사형 액정 표시 장치를 제공하는 것이 요망된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배향막들이 소정 간극으로 서로 대향되게 시일재에 의해 서로 접합된 한 쌍의 기판 간에 액정층이 삽입되어 있으며, 측정 온도 70 ℃에서 상기 액정층을 위한 재료의 유전률 이방성 Δε의 범위가 -4.5로부터 0 미만인 액정 표시 소자가 제공된다.
양호하게는, 상기 액정층을 위한 액정 재료는 수직배향형 액정이며, 굴절률 이방성을 Δn이라 하고 셀 갭은 d라고 하면, 리타데이션 Δnd의 범위는 0.55 ㎛ 미만이다.
양호하게는, 상기 액정 재료의 리타데이션 Δnd의 범위는 0.34μm으로부터 0.55μm이며, 측정 온도 70℃에 있어서의 상기 액정 재료의 유전률 이방성 Δε의 범위는 -4.5로부터 -2이다.
양호하게는, 시일재의 모체 100중량부에 대하여, 광 래디컬 중합 개시제의 함유량은 0.05중량％ 미만이다.
양호하게는, 상기 액정 표시 소자는, 프레임마다 각 화소 전극에 인가하는 전압은 동일극성을 갖고 반전되는 프레임 반전 구동을 행하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자이다.
양호하게는, 광원; 액정 표시 소자; 상기 광원으로부터 출사된 광을 상기 액정 표시 소자에 유도하는 집광 광학계; 및 상기 액정 표시 소자로 광 변조한 광을 확대해서 투사하는 투사 광학계를 포함하는 투사형 액정 표시 장치가 제공되며, 이 장치에서, 상기 액정 표시 소자는, 배향막들이 소정 간극으로 서로 대향하는 것 같이 시일재로 접합한 한 쌍의 기판 간에 삽입되어 있는 액정층을 갖고 있으며, 측정 온도 70℃에서 상기 액정층의 재료의 유전률 이방성 Δε의 범위는 -4.5로부터 0 미만이다.
본 발명의 실시예에 따르면, 배향막들이 소정 간극으로 서로 대향하는 것 같이 시일재로 접합된 한 쌍의 기판 간에 액정층이 삽입되어 있고, 시일재의 모체 100중량부에 대하여, 광 래디컬 중합 개시제의 함유량은 0.05중량％ 미만인 액정 표시 소자가 제공된다.
양호하게는, 상기 액정 표시 소자는, 프레임마다 각 화소 전극에 인가하는 전압은 동일극성을 갖고 반전되는 프레임 반전 구동을 행하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자이다.
양호하게는, 상기 화소 전극이 설치된 액정 패널은 투과형의 액정 패널인 액정 표시 소자이다.
양호하게는, 상기 액정 표시 소자의 화소 피치는 20㎛ 이하이다.
양호하게는, 상기 배향막으로서 무기 배향막이 이용된다.
본 발명의 실시예에 따르면, 광원; 액정 표시 소자; 상기 광원으로부터 출사된 광을 상기 액정 표시 소자에 유도하는 집광 광학계; 및 상기 액정 표시 소자로 광 변조한 광을 확대해서 투사하는 투사 광학계를 포함하는 투과형 액정 표시 장치가 제공되며, 이 장치에서, 상기 액정 표시 소자는, 배향막들이 소정 간극으로 서로 대향하는 것 같이 시일재로 접합한 한 쌍의 기판 간에 삽입되어 있는 액정층을 갖고 있으며, 시일재의 모체 100중량부에 대하여, 광 래디컬 중합 개시제의 함유량은 0.05중량％ 미만이다.
양호하게는, 상기 액정 표시 소자는, 프레임마다 각 화소 전극에 인가하는 전압은 동일극성을 갖고 반전되는 프레임 반전 구동을 행하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자이다.
본 발명에 따르면, 액정 셀 내의 이온성 불순물의 량을 감소시키는 것이 가능해서, 번-인 현상 등의 발현을 억지할 수 있고, 나아가서는 보다 고품위의 화질을 얻을 수 있다.
이하, 본 발명의 양호한 실시 형태를 도면을 참조해서 설명한다.
본 실시 형태에서, 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자의 특징적인 구성 및 기능을 설명한 후, 이 액정 표시 소자가 적용되는 적합한 전자기기인 투사형 액정 표시 장치의 개략구성 및 기능에 대해서 설명한다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자의 개략구성을 도시하는 단면도이다.
본 실시 형태에 따른 액정 표시 소자(10)는 도 2에 도시한 바와 같이 TFT 어레이 기판(11)과, TFT 어레이 기판(11)에 대향 배치되는 투명한 대향 기판(12)을 구비하고 있다.
TFT 어레이 기판(11)은, 예를 들면, 투과형인 경우, 석영기판, 반사형인 경 우, 예를 들면, 실리콘 재료의 기판에 의해 형성된다. 대향 기판(12)은, 예를 들면, 글래스 기판이나 석영기판에 의해 형성된다. TFT 어레이 기판(11)에는, 투과형인 경우, 화소 전극(13)이 설치되어 있다.
화소 전극(13)은, 예를 들면, ITO 막(인듐 틴 옥사이드 막) 등의 투명도전성 박막에 의해 형성된다. 반사형인 경우, 화소 전극(13)으로서는, 예를 들면, 금속재료로 이루어진 반사 전극을 이용한다. 금속재료로서는, 가시 영역에서 높은 반사율을 가지는 알루미늄을 이용하는 것이 일반적이다. 보다 구체적으로는, 구리나 실리콘을 수 wt％ 첨가한 알루미늄 금속막이 일반적으로 사용된다. 그외에, 예를 들면, 백금, 은, 금, 텅스텐, 티탄 등을 이용하는 것도 가능하다. 대향 기판(12)에는, 전술한 전체면 ITO 막(14)이 전면에 설치되어 있다.
TFT 어레이 기판(11)과 대향 기판(12)에는, 액정을 소정방향으로 배향 시키기 위한 도시하지 않은 배향막이 형성되어 있다. 배향막이 소정 간극으로 대향하는 것 같이 시일재(15)로 접합한 한 쌍의 기판 간에 수직배향 액정층(16)이 삽입되어 있다(봉입되어 있다).
도 3은 본 실시 형태에 따른 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자의 어레이 기판(액정 패널부)에 있어서의 배치 예를 도시하는 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 액정 표시 소자(10A)는, 화소가 어레이 형상으로 배열된 화소 표시 영역(21), 수평전송 회로(22), 수직전송 회로(23-1 및 23-2), 프리차지 회로(24), 및 레벨 변환 회로(25)를 포함하고 있다.
화소 표시 영역(21)에는 복수의 데이터 선(26)과 복수의 주사선(게이트 배 선)(27)이 격자 형상으로 배선되어 있다. 각 데이터 선(26)의 일단 측은 수평전송 회로(22)에 접속되어 있고, 타단 측은 프리차지 회로(24)에 접속되어 있다. 주사선(27)의 끝 부분은 수직전송 회로(23-1 및 23-2)에 접속되어 있다.
액정 표시 소자(10A)의 화소 표시 영역(21)을 구성하는 매트릭스 형상으로 복수 형성된 화소 PX에는, 스위칭 제어하는 화소 스위칭용 트랜지스터(28), 액정 (29), 및 보조 용량(축적 용량)(30)이 설치되어 있다.
화소 신호가 공급되는 데이터 선(26)이 트랜지스터(28)의 소스에 전기적으로 접속되어 있어, 기입되는 화소 신호가 공급된다. 또한，트랜지스터(28)의 게이트에 주사선(27)이 전기적으로 접속되어 있다. 소정의 타이밍에서, 주사선(27)에 펄스형 주사 신호가 인가된다.
화소 전극(13)은, 트랜지스터(28)의 드레인에 전기적으로 접속되어 있다. 스위칭 소자인 트랜지스터(28)를 일정 기간만 그 스위치를 온 시킴으로써, 데이터 선(26)으로부터 공급되는 화소 신호가 소정의 타이밍으로 기입된다.
화소 전극(13)을 통해서 액정(29)에 기입된 소정 레벨의 화소 신호는, 대향 기판(12)에 형성된 대향 전극과의 사이에서 일정 기간 유지된다. 액정(29)의 분자 집합의 배향이나 질서는 액정(29)에 인가되는 전압 레벨에 따라서 변한다. 그 결과, 액정(29)은 광을 변조할 수 있어, 계조 표시가 가능해진다.
노멀리 화이트(normally white) 표시이면, 인가된 전압에 따라서 입사광이 이 액정부분을 통과 가능하게 되어, 전체로서 액정 표시 소자로부터 화소 신호에 따른 콘트라스트를 갖는 광이 출사된다.
이 경우에, 유지된 화소 신호가 리크되는 것을 방지하기 위해서, 화소 전극과 대향 전극과의 사이에 형성되는 액정용량과 병렬로 보조 용량(축적 용량)(30)을 부가한다. 이에 의해，유지 특성은 더욱 개선되어, 콘트라스트비가 높은 액정 소자를 실현할 수 있다.
또한, 이러한 축적용량(30)을 형성하기 위해, 저항화된 공통 배선(31)이 설치되어 있다.
본 실시 형태에 따른 액정 표시 소자(10)는, 예를 들면, 프레임마다 각 화소 전극에 인가하는 전압은 동일극성을 갖고 반전되는 프레임 반전 구동을 행하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자로서 구성된다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자의 TFT 어레이 기판 측의 구체적인 구성예를 도시하는 단면도이다.
이 액정 표시 소자(10A)는, TFT 어레이 기판(11)과, TFT 어레이 기판(11) 위에 형성된 제1 차광 막(32)과, TFT 어레이 기판(11) 및 제1 차광 막(32) 위에 형성된 제1 층간막(33)과, 제1 층간막(33) 위에 형성된 다결정 Si막(p-Si)(34)과, 다결정 Si막(p-Si)(34) 위에 형성된 게이트 절연막(35)과, 게이트 절연막(35) 위에 형성된 게이트 전극(36)과, 제1 층간막(33), 게이트 절연막(35), 및 게이트 전극(36) 위에 형성된 제2 층간막(37)과, 제2 층간막(37)에 형성된 제1 컨택트(38)와, 제1 컨택트(38) 내를 포함해서 형성된 제1 배선 막(39)과, 제2 층간막(37) 및 제1 배선 막(40) 위에 형성된 제3 층간막(40)과, 제3 층간막(40)에 형성된 제2 컨택트(41)와, 제2 컨택트(41) 내를 포함해서 제3 층간막(40) 위에 형성된 도전성을 가지는 제2 차광막(42)과, 제3 층간막(40) 및 제2 차광막(42) 위에 형성된 제4 층간막(43)과, 제4 층간막(43)에 형성된 제3 컨택트(44)과, 제3 컨택트(44) 내를 포함해서 제4 층간막(43) 위에 선택적으로 형성된 투명전극(45)과, 투명전극(45) 및 제4 층간막(43) 위에 형성된 기둥 스페이서(46)를 포함하고 있다.
도 4에는 도시되어 있지 않지만, 도 2를 참조로 앞서 설명한 바와 같이, TFT 어레이 기판(11)과 대향 기판(12)에는, 액정을 소정방향으로 배향 시키기 위한 도시하지 않은 배향막이 형성되어 있다. 배향막이 소정 간극으로 대향하는 것 같이 시일재(15)로 접합한 한 쌍의 기판 간에 수직배향 액정층(16)이 삽입 된다(봉입된다).
이상의 구성을 가지는 본 실시 형태에 따른 액정 표시 소자(10(10A))은, 액정 셀내의 이온성 불순물의 량을 감소시키는 것이 가능해서, 번-인 현상 등의 발현을 억지할 수 있고, 나아가서는 보다 고품위의 화질을 얻는 수 있도록, 이하에 기재하는 것 같은 특징적인 구성을 가진다.
액정 표시 소자(10)는, 기본적으로, 매트릭스 형상의 화소를 형성하기 위해 각 기판의 대향하는 면에 전극(13 및 14)이 형성되어, 프레임마다 각 화소 전극에 인가하는 전압은 동일극성을 갖고 반전되는 프레임 반전 구동을 행하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자이다. 두 장의 기판(11 및 12) 위로는 액정을 소정방향으로 배향 시키기 위한 배향막이 형성되어 있다. 두 장의 기판(11 및 12)이 소정 간극으로 대향하는 것 같이 시일재(15)로 접합되어 있다. 서로 대향하게 접합된 한 쌍의 기판(11 및 12) 사이에는 수직배향 액정층(16)이 삽입되어 있다.
액정 표시 소자(10)는 이하의 특징적인 구성을 가진다.
액정 표시 소자(10)에서，액정층(16)을 형성하는 액정재료는, 굴절율 이방성Δn과 셀 갭 d와의 곱으로서 부여하는 것이 가능한 리타데이션 Δnd의 범위가 0.55μm보다 작고, 측정 온도 70도에 있어서의 유전률 이방성 Δε의 범위가 -4.5로부터 0 미만인 것을 특징으로 한다.
양호하게는, 액정 표시 소자(10)에 있어서의 액정재료의 Δnd의 범위가 0.34μm∼0.55μm이며, 측정 온도 70도에 있어서의 유전률 이방성Δε의 범위가 -4.5로부터 -2이다.
또한，시일재의 모체 100중량부에 대하여, 광 래디컬 중합 개시제의 함유량은, 0.05중량％미만이다.
또한，이상의 3개의 특징부 중에서 어느 2개를 조합한 구성 또는 상기 3개의 특징부를 조합한 구성을 채용하는 것이 가능하다.
또한，액정 패널은, 투과형의 액정 패널이며, 또한 화소 피치는 20μｍ이하다. 또한，배향막으로 무기배향 막을 이용한다.
상기 특징 구성들을 좀 더 상세히 설명한다.
액정 셀 내의 이온성 불순물에 의한 번-인 등의 불량을 억지하는 대책으로서는, 이온성 불순물이 존재해도 용해하기 어렵게 하거나，이온성 불순물의 혼입을 저감하는 대책이 있다.
전자는, 액정재료의 유전률 이방성 Δε을 저감하고, 액정의 극성을 작게 하는 것이 유효하다. 후자는, 불순물 발생의 원인 물질을 제거하는 것이 유효하다.
먼저, 이온성 불순물이 존재해도 용해하기 어렵게 하기 위해, 액정의 유전률 이방성 Δε을 제어한다.
유전률 이방성 Δε이 -4보다 작을 경우, 특히 -4.5보다도 작은 경우에는, 극성이 강화되어, 번-인을 포함해서 각종 신뢰성 과제가 현저하게 된다. 상세한 것은 실시예에서 나타낸다.
한편, 유전률 이방성 Δε이 0의 경우에는 액정으로서의 기능을 잃어버린다. 유전률 이방성 Δε이 -2보다도 큰 경우에는, 제시한 과제에 대해서는 액정에 좋은 방향이지만, 임계값 전압 Ｖth가 높게 되기 때문에, 실용적 범위로부터 멀어지는 가능성이 있다.
수직 배향의 임계값 전압 Ｖth의 식은, 다음의 식으로 도시된 바와 같이, 굴절률 이방성 Δε에 크게 의존한다.
Figure 112007063043928-pat00001
도 5, 도 6, 및 도 7은, 유전률 이방성 Δε 및 K33의 조건을 변경시켰을 경우의, 전압 대 투과율 특성곡선을 나타내는 도면이다. 도 5는 K33이 10인 경우의 전압 대 투과율 특성곡선을 나타낸다. 도 6은 K33이 15인 경우의 전압 대 투과율특성곡선을 나타낸다. 도 7은 K33이 20인 경우의 전압 대 투과율 특성곡선을 나타내고 있다.
도 5 내지 도 7에서，횡축이 전압을, 종축이 상대적인 투과율을 각각 나타내고 있다. 도 5 내지 도 7에서，A로 나타내는 곡선은 Δε이 -1의 때의 특성을, B로 나타내는 곡선은 Δε이 -2의 때의 특성을, C로 나타내는 곡선은 Δε이 -3의 때의 특성을, D로 나타내는 곡선은 Δε이 -4의 때의 특성을, 각각 나타내고 있다.
도 8은 유전률 이방성 Δε과 투과율이 100%가 되는 포화 전압과의 관계를 나타내는 도면이다． 도 8에서，횡축이 굴절율 이방성 Δε을, 종축이 포화 전압 Ｖsat를 각각 나타내고 있다. 도 8에서，A로 나타내는 곡선은 K33이 10인 경우의 특성을, B로 나타내는 곡선은 K33이 15인 경우의 특성을, C로 나타내는 곡선은 K33이 20인 경우의 특성을, 각각 나타내고 있다.
또한，도 5 내지 도 8은, 셀 갭 3.8μm, 프리틸트 각이 80°인 경우의 각 특성을 나타내고 있다.
도 5 내지 도 8에서, 일반적인 수직배향형 액정이 취할 수 있는 Ｋ33의 범위는 10으로부터 20의 결과를 제시했다. 그 밖의 물성 값이나 셀 파라미터는 도면에 도시한 바대로 동일하다.
특히 주목해야 할 것은, 도 8에 도시한 바와 같이 디바이스의 포화 전압(이하 Ｖsat라 칭하고, 이 포화 전압에서 투과율은 100%가 된다)을 취한다는 것이다. 도 8은, 굴절율 이방성 Δε과 포화 전압 Ｖsat와의 관계를 10로부터 20의 범위의 K33에서 나타내고 있다.
도 8에 도시한 바와 같이, Δε이 -2보다도 커지면， 포화 전압 Ｖsat는 5V 이상이 되어, 구동 전압이 높아지는 경향이 있다.
따라서，실용 디바이스의 필요조건을 만족하기 위한 굴절율 이방성 Δε은 상한을 -2로 하는 것이 바람직하다.
다음에는, 불순물 발생의 원인 물질을 제거하기 위한 대책의 하나로서, 씰(seal)의 중합 개시제(polymerization initiator)에 주목하고, 이하에 고찰한다.
이는 중합 개시제가 경화 후에 소량의 잔사를 남기고, 액정 표시 소자의 사용 중에 잔사가 액정 중에 용출하여, 이온성 불순물이 증가하고, 번-인 얼룩짐 등의 표시 불량을 야기하기 때문이다.
씰의 중합 개시제는 2 종류의 중합 개시제, 즉 래디컬 중합 개시제와 양이온 중합 개시제를 포함한다.
양이온 중합 개시제로는, 예를 들면, 특허 문헌 1(일본 특개2005-306949호 공보)에 개시된 화합물이 이용되고 있다.
래디컬 중합 개시제로는, 예를 들면, 특허 문헌 2(일본 특개2003-119248호 공보), 특허 문헌 3(일본 특개2003-119249호 공보), 특허 문헌 4(일본 특개2006-22228호 공보), 특허 문헌 1(일본 특개2005-306949호 공보)에 개시된 화합물이 이용되고 있다.
특히, 특허 문헌 4(일본 특개2006-22228호 공보)에서는，래디컬 중합 개시제의 첨가량을 0.1-1중량％이상의 범위에서 규정하고 있다.
그러나, 상세 내용은 실시예에서 설명하지만, 번-인 등의 표시 불량이 발생한 패널을 분석한 바, 래디컬 중합 개시제가 불량에 상당히 기여하고 있음이 밝혀 졌다. 또한，0.05중량％미만의 래디컬 중합 개시제는 문제가 없는 것으로 밝혀졌다.
한편, 양이온 중합 개시제는 불량에 대부분 기여하는 일이 없고, 양이온 중합 개시제의 일정량 첨가는 수지의 중합을 촉진시키고, 씰의 부착 기능에 문제가 없는 것도 밝혀졌다.
본 실시 형태에서 지정한 리타데이션 Δnd의 범위에 대해서 설명한다.
편광판 PL과 광 검출판 DL의 직교 배치에서, 비점등 시에 있어서 흑 표시인 노멀리 블랙(NB) 모드인 경우, 최대투과율을 얻을 수 있는 리타데이션(Δnd)은, 이하의 이론식에서 정의되어 있다.
T = sin2(2Θ)sin2(ΠΔnd/λ)
여기서, Θ은 편광과 장축 간의 각도이다. 제1항은 Θ=45°일 때 최대로 된다. 제2항은 Δnd = (2n-1)×(λ/2)일 때 최대로 된다.
즉, 최대투과율을 얻을 수 있는 것은 Δnd=λ/2이다.
본 디바이스(액정 표시 소자)의 수직배향 액정에서, 액정 분자의 장축이, 인가 전압 제로일 때에 거의 기판에 수직방향에 배향하고, 전압을 인가하면 면내 방향에 대하여 기울어져서, 투과율이 변화된다. 구동시에 액정분자가 경사 방향이 똑같지 않으면, 얼룩짐 등의 표시 불량이 발생한다. 이것을 피하기 위해, 미리 근소한 프리틸트를 일정 방향에 부여할 필요가 있다. 이것들의 프리틸트나, 굴절율 이방성 Δε 등의 물성 값을 고려했을 경우, 액정분자의 상호작용 등 때문에, 최대투과율을 얻을 수 있는 리타데이션 Δnd는 계산된 값과 다르다.
도 9는 인가 전압 = 5V일 때의 Δε 및 K33의 조건을 변경시켰을 경우의, 파장 550nm의 녹색광에 있어서의 Δnd 대 투과율 특성곡선을 나타내는 도면이다.
도 9에서，횡축이 Δnd를, 종축이 투과율을 나타내고 있다. 도 9에서，A로 표시되는 곡선은 K33이 10으로 Δε이 -2.0인 경우의 특성을, B로 표시되는 곡선은 K33이 10으로 Δε이 -4.0인 경우의 특성을 나타낸다. C로 표시되는 곡선은 K33이 10으로 Δε이 -4.5인 경우의 특성을 나타낸다. D로 표시되는 곡선은 33이 20으로 Δε이 -2.0인 경우의 특성을 나타낸다. E로 표시되는 곡선은 K33이 20으로 Δε이 -4.0인 경우의 특성을 나타낸다. F로 표시되는 곡선은 K33이 20으로 Δε이 -4.5인 경우의 특성을 나타낸다.
도 10은 도 9의 특성으로부터 유도해 낼 수 있는 유전률 이방성 Δε과 리타데이션 Δnd와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 10에서, 횡축이 유전률 이방성 Δε을, 종축이 리타데이션 Δnd를 각각 나타내고 있다. 도 10에서，A로 표시되는 곡선은 K33이 10인 경우의 특성을 나타낸다. B로 표시되는 곡선은 K33이 20인 경우의 특성을 나타낸다.
이 경우에, 일반적인 수직배향형 액정이 취할 수 있는 Ｋ33의 범위로서, 10으로부터 20에 대해서 계산을 행하였다． 유전률 이방성 Δε은 -2, -4, 및 -4.5로 설정하였다. 그 밖의 물성 값이나 셀 파라미터는 도면에 도시한 바대로 동일하다 (신호전압 Ｖsig=5V). 또한，본 계산은 2DMASTER를 이용했다.
도 9로부터, K33이 10인 때와, K33이 20인 경우, 이하의 조건식을 유도할 수 있다.
K33 = 10인 경우,
-4.5≤Δε≤-2 → 0.356≤Δnd≤0.442
-4≤Δε≤-2 → 0.347≤Δnd≤0.442
K33 = 20인 경우,
-4.5≤Δε≤-2 → 0.392≤Δnd≤0.550
-4≤Δε≤-2 → 0.379≤Δnd≤0.550
∴ 0.347≤Δnd≤0.550
이 결과로부터, -4.5≤Δε<0의 범위에서，최대투과율을 얻을 수 있는 Δnd의 범위는 Δnd≤0.55μm가 되고, 바람직하게는 -4.0≤Δε≤-2.0의 범위에서，최대투과율을 얻을 수 있는 Δnd의 범위를 0.34μm≤Δnd≤0.55μm로 정해진다.
투사형 표시 장치의 소형화에 수반하여，액정 표시 소자도 소형화된다. 기판 사이즈가 22.9mm(대각 0.9인치)인 XGA 타입의 화소 피치는 고선명도를 위한 20μｍ이하이다.
그러므로, 횡전계에 기인한 리버스 틸트 도메인에 있어서의 배향 혼란에 대해서는 매우 엄격한 조치가 취해진다.
대책으로서는, 갭을 좁히는 것, 즉 셀 갭을 얇게 하고, TFT 어레이 기판과 대향 기판의 상하 방향의 전계를 강화하고, 가로방향의 전계의 영향을 방지하는 것도 효과적이다. 갭을 좁히는 것에 대해서는, 특히 차광부 등에 선택적으로 스페이 서를 만드는 것도 갭 제어에 매우 유효하다.
도 11은 화소 피치, 배향 혼란 및 셀 갭과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11에서, 검은 네모로 나타내는 플롯 점은 셀 갭 d가 4.5μm인 경우의 피치와 배향 혼란과의 관계를 나타낸다. 흰 네모로 나타내는 플롯 점은 셀 갭 d가 4.2μm인 경우의 피치와 배향 혼란과의 관계를 나타낸다. 검은 삼각으로 나타내는 플롯 점은 셀 갭 d가 4.0μm인 경우의 피치와 배향 혼란과의 관계를 나타낸다. 검은 원으로 나타내는 플롯 점은 셀 갭 d가 3.7μm인 경우의 피치와 배향 혼란과의 관계를 나타낸다. 흰 원으로 나타내는 플롯 점은 셀 갭 d가 3.5μm인 경우의 피치와 배향 혼란과의 관계를 나타낸다. 검은 원으로 나타내는 플롯 점은 셀 갭 d가 2.5μm인 경우의 피치와 배향 혼란과의 관계를 나타내고 있다.
도 11로부터 알 수 있는 바와 같이, 20μm 피치로 배향 혼란을 발생시키지 않기 위해서는, 셀 갭 d가 4.0μｍ이하가 바람직하다.
이 경우, 최대투과율을 얻을 수 있는 굴절율 이방성 Δn의 범위는, 전술한 특징인 Δnd≥0.34μm보다, [Δn≥0.34μm÷4.0μm]의 식으로부터, 0.085이상인 것이 바람직하다.
또한, 물성값의 규정에 대해서는，특허 문헌 5(특개2001-255562호공보)에 도시된 바와 같이 디스크리네이션과 같은 배향 혼란을 경감하는 것을 목적으로서, Δε이 -7.0으로부터 -4.3의 범위에서 규정을 하고 있다.
그러나, 전술한 이유로, 디스크리네이션이 예로 들어 경감했다고 하더라도 번-인을 포함하는 표시 불량이 발생한다.
본 실시 형태는，디스크리네이션 및 번-인 등의 표시 불량을 함께 해결할 수 있는 액정 표시 소자를 제공할 수 있다.
또한, 본 실시 형태는，전술한 바와 같이, 배향 막재료가 무기계 배향 막인 것을 특징으로 한다.
프로젝터에 이용하는 투사형 LCD에서는，확대 투영하기 위해서 화질 이상이 눈에 띄기 쉬운 경향이 있다. 패널에 입사하는 광의 량이 직시형에 비교해 매우 많으므로 패널이 고온이 되고, 미량의 이온성 불순물 혼입에 의한 열화도 보이기 쉬운 경향에 있다. 그러기 때문에 물이나 온도 이외에도 광에 대한 내성이 중요하다.
무기 배향막은, 대표적으로 증착에서 형성되는 실리콘 등을 포함한다. 그러나, 게르마늄 등의 IV-족 원소의 단체 또는 혼합물 또는 화합물, 증착에 의해 성막이 가능한 대부분 모든 물질이 사용가능한 것으로 생각된다.
또한, 무기 배향막은 인쇄나 스핀 코트, 잉크젯트법에서 형성되는 실록산 골격(siloxane skeleton)을 가지는 재료 등도 포함한다.
이하 본 발명의 실시 형태를 나타낸다.
<실시예>
우선, 도 4를 참조하여 본 실시예에 따른 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자의 제조 방법을 설명한다.
석영으로 이루어지는 TFT 어레이 기판(11) 위에 제1 차광막(32)으로서, 고융점의 금속(본 실시 형태에서는 WSi)을 형성한다.
이후, 제1 층간막(33)으로서 ＳiO2을 적층하고, CVD법을 이용하여 다결정 Si막(p-Si)(34)를 형성한 다음 에칭에 의해 패턴 형성을 한다.
그 후, 게이트 절연막(35)을 형성하고，게이트 전극(36)으로서, 다결정 Si막(p-Si)을 형성하고，에칭에 의해 패턴 형성을 행한다.
그 후, 제2 층간막(37)으로서, SiO2을 적층하고, 소스, 드레인 전극으로서 제1 컨택트(38)를 형성한다.
제1 배선 막(39)으로서 금속재료(본 실시 형태에서는 Al)를 스퍼터 등의 성막에 의해 형성하고，에칭에 의해 패터닝을 행한다.
그 후, 제3 층간막(40)으로서 SiO2을 적층하고, 제2 컨택트(41)를 형성한다. 제2 차광막(42)으로서, 금속막(본 실시예에서는 Ti)을 형성한다.
제4 층간막(43)으로서 SiO2을 적층하고, 제3 컨택트(44)을 형성하고， 투명전극(45)으로서 ITO를 에칭에 의해 패터닝한다.
다음으로, 기둥 스페이서(46)가 되는 투명 레지스트층을 형성한다.
기판상에 포토레지스트로서, PMER(도쿄오카공업주식회사제조)을 스핀 코트법에 의해 3μm의 두께로 도포한 후, 포토마스크를 이용해서 자외선조사에 의한 노광 처리를 행하고, 그 후, 현상하고, 소성을 행하여，기둥 스페이서(46)를 형성한다. 기둥 스페이서(46)는 인접하는 화소 전극의 사이의 원하는 위치에 배치된다.
다음으로, 제작한 TFT 어레이 기판(11) 및 대향 기판(12)을 세정한다.
다음에는 배향막을 각 기판상에 형성한다.
배향막 재료로는 무기 배향막을 이용한다. 무기 배향막은 통상적으로 증착으로 형성되는 실리콘 등을 포함한다. 게르마늄 등의 IV족 원소의 단체 또는 혼합 물 또는 화합물, 증착에 의해 성막이 가능한 대부분 모든 물질이 사용가능한 것으로 생각된다.
또한, 무기 배향막은 인쇄나 스핀 코트, 잉크젯트법으로 형성되는 실록산 골격을 가지는 재료 등도 포함한다. 물론 무기 재료뿐만 아니라 폴리이미드 등의 유기재료도 이용될 수 있다.
각 기판상에 배향막을 형성하였다． 각각의 기판을 증착 장치에 도입하고, 각각에 배향막으로서 SiO2을 경사 증착해서 형성한다. 막 두께는 약 50nm이다.
다음에는, 씰 패턴을 형성한다.
본 실시예에 이용한 시일재를 표1에 나타낸다.
Figure 112007063043928-pat00002
아크릴계 올리고머로는, 예를 들면, 특허 문헌 1(일본 특개2005-306949호 공보)에 개시된 시판 제품인 ALBIFLEX712(이하, AF712, hanse chemie의 제품)을 1% 이용했다. 또 이 시판 제품에 한정되는 것은 아니다.
에폭시계 올리고머로서는, 비스페놀 Ｆ형 에폭시 수지(EPICLON83OＳ, 다이니폰잉크 화학공업(주))의 제품을 99% 이용했다. 특허 문헌 4(일본 특개2006-22228호 공보)의 단락 [0018]에 개시된 바와 같은 시판제품도 이용할 수 있다.
광 래디컬 개시제로서는, 시바 스페셜티 케미컬사의 제품 Irgacure 184을 0.1% 이용하였다. 특허 문헌 1(일본 특개2005-306949호 공보)의 단락 [0032] 및 [0033]에 개시된 바와 같은 재료도 이용될 수 있다.
또한，광 양이온 개시제로서는, 와코 퓨어 케미컬 인더스트리즈 엘티디의 제품 PI-113을 1% 이용하였다. 특허 문헌 1(일본 특개2005-306949호 공보)의 단락 [0031]에 개시된 바와 같은 재료도 이용할 수 있다.
액정층에 이용하는 액정재료는 마이너스 유전률 이방성 Δε이 -5이고 굴절율 이방성 Δn이 0.13인 수직형 액정 재료이다. 액정층의 두께인 셀 갭 d를 3.5μm에 설정한다. 그 후, 액정 표시 소자(10)를 제작했다.
이하 제1 내지 제3 비교예를 설명한다.
<비교예1> ···액정재료의 Δε의 저감
씰 형성까지는 전술한 바와 같은 처리가 실행되었고, 액정 재료만을 변경해서 본 발명의 액정 표시 소자를 생성했다.
액정재료는, 유전률 이방성 Δε이 -4.7, -4.5, -4, -3.5의 4 조건을 이용하고, 굴절율 이방성 Δn을 0.13으로 설정하였다. 액정층의 두께인 셀 갭 d를 3.5μm로 설정하였다. 가요성 배선 보드 등을 이용하여 패키지 외장을 입혀 액정 표시 소자를 제작하였다. 하기 설명되는 평가를 실시하고, 일반적인 구성을 가지는 종래예와 비교하였다. 상기 표 1 및 도 12에 결과를 나타낸다. 도 12는 |Δε|과 플리커와의 관계를 나타낸다.
[평가]
(번-인)
본 실시예에 따른 액정 표시 소자를 70℃의 투사형 표시 장치에 넣고, 체커(checker) 패턴을 8시간 유지시켰다.
그 후, 액정 표시 소자를 래스터 패턴으로 절환해서 화질평가를 행하였다． 등급은: 체커 패턴이 분명히 남아 있는 액정 표시 소자를 크로스(×), 체커 패턴의 일부가 남아 있는 액정 표시 소자를 삼각(△), 체커 패턴이 거의 보이지 않는 액정 표시 소자를 원(○), 체커 패턴이 전혀 보이지 않는 액정 표시 소자를 이중원(◎)이라고 했다.
(플리커 값)
스펙트럼 분석기를 이용하여 측정을 실행하였다.
플리커 값의 합격 기준에 대해서 도 13에 나타냈다. 50명이 번-인 화상을 보고, NG-OK 질의서를 채웠다.
그 결과, 플리커 값이 14dB 이상일 때 NG라고 판단되었다.
바꾸어 말하면, 도 12로부터도 알 수 있는 바와 같이, 70℃에 있어서 |Δε| < 4.5로 설계함으로써, 14dB이하에서 번-인에 제어를 실행할 수 있다.
(광조사 시험)
250W의 ＵＨＰ램프를 구비한 90℃의 광조사 시험 장치에 본 발명의 액정 표시 소자를 넣은 후, 일정 시간 후에 주변 얼룩짐의 발생을 관찰했다.
등급은: 화면 전체에 얼룩짐이나 얼룩이 있는 액정 표시 소자는 크로스(×), 화면의 일부에 얼룩짐이나 얼룩이 있는 액정 표시 소자는 삼각(△), 얼룩짐이나 얼룩이 대부분 보이지 않는 액정 표시 소자를 원(○), 전혀 시각적 이상이 없는 액정 표시 소자는 이중원(◎)이라고 했다.
유전률 이방성 Δε이 -4.5 이하의 액정 표시 소자는 번-인, 플리커 값, 및 광조사 시험 결과가 매우 양호했다.
이렇게, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 소자는 보다 신뢰성이 좋은 고품질의 액정 표시 소자를 제공할 수 있다.
<비교예2> ···래디컬 개시제의 저감
씰 형성까지는, 전술한 바와 같은 처리를 실행하였고, 시일재의 조건을 변경하였다.
래디컬 개시제를 0.08%, 0.06%, 0.05%, 없음의 조건에서 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 소자를 생산하였다.
액정 재료는, 유전률 이방성 Δε이 -5, 굴절율 이방성 Δn이 0.13으로 설정하였다. 액정층의 두께인 셀 갭 d를 3.5μm에 설정하였다. 가요성 배선 보드 등을 이용하여 패키지 외장을 해서 화상을 형성할 수 있는 액정 표시 소자를 생산하였다. 하기 설명되는 평가를 실시하고, 일반적인 구성을 가지는 종래예와 비교하였다. 표 1 및 도 14에 결과를 나타낸다. 도 14는 래디컬 개시제량과 플리커와의 관계를 나타낸다.
[평가]
(번-인)
70℃의 투사형 표시 장치에 본 실시예의 액정 표시 소자를 넣고, 체커 패턴을 8시간 유지시켰다.
그 후, 액정 표시 소자를 래스터 패턴에 절환해서 화질평가를 행하였다．등급은: 체커 패턴이 분명히 남아 있는 액정 표시 소자를 크로스(×), 체커 패턴의 일부가 남아 있는 액정 표시 소자를 삼각(△), 체커 패턴이 대부분 보이지 않는 액정 표시 소자를 원(○), 체커 패턴이 전혀 보이지 않는 액정 표시 소자를 이중원(◎)이라고 했다.
(플리커 값)
스펙트럼 분석기를 이용해서 측정을 행하였다.
50명이 번인 화상을 보고, NG-OK의 설문지를 작성했다.
그 결과, 플리커 값이 14dB이상일 때 NG라고 판단되었다.
도 14로부터도 알 수 있는 바와 같이, 70℃에 있어서의 |Δε|=5.0의 액정에서 라디컬 개시제량을 저감하면，번-인 레벨이 저감한다.
(광조사 시험)
250W의 UHP 램프를 구비한 90℃의 광조사 시험 장치에 본 발명의 액정 표시 소자를 넣고, 일정 시간 후에 주변 얼룩짐의 발생을 관찰했다.
등급은:　화면 전체에 얼룩짐이나 얼룩이 발생하는 액정 표시 소자를 크로스(×), 화면의 일부에 얼룩짐이나 얼룩이 발생하는 액정 표시 소자를 삼각(△), 얼룩짐이나 얼룩이 대부분 보이지 않는 액정 표시 소자를 원(○), 전혀 시각적 이상이 없는 액정 표시 소자를 이중원(◎)이라고 했다.
유전률 이방성 Δε이 -4.5 이하인 액정 표시 소자는 번-인, 플리커 값, 및 광조사 시험 결과가 매우 양호했다.
(접착 강도)
실시예 시일재를 슬라이드 글라스에 정량 도포하고, 시일재를 100mW/cm2로 60초 가압 경화시킨 후, 130℃의 오븐에서 1시간 소성한 샘플을 장력 게이지를 이용해서 강도측정을 행하였다． 일반적인 구성을 가지는 종래예를 1이라고 했을 때의 상대값을 나타냈다.
그 후, 60℃ 및 90%의 500시간의 보존 시험을 실시하고, 다시 강도측정을 행하였다.
래디컬 개시제가 0.05wt％인 액정 표시 소자는 번-인, 플리커 값, 및 광조사 시험 결과가 매우 양호한 것을 알았다.
래디컬 개시제를 저감 함에 따른 접착 강도의 저하 리스크는 전혀 없었다. 특히, 라디칼 개시제가 0인 경우에서도 문제는 없었다.
양이온 개시제가 일정량 도입되고 있으면 충분한 접착 효과가 있는 것이 밝혀졌다.
이렇게, 본 발명의 액정 표시 소자를 이용함으로써, 보다 신뢰성이 좋은 고품질의 액정 표시 소자를 얻을 수 있었다.
<비교예3> ···Δε의 저감 및 래디컬 개시제 저감의 상승 효과
씰 형성까지는, 전술한 바와 같은 처리를 실행하였고, 시일재의 조건을 변경하였다.
래디컬 개시제가 없는 조건을 설정하였다. 액정재료에 대해서는, 유전률 이방성 Δε을 -3.5, 굴절율 이방성 Δn을 0.13으로 설정하였다. 액정층의 두께인 셀 갭 d를 3.5μm로 설정하였다. 가요성 배선 보드 등을 이용하여 패키지 외장을 해서, 화상을 표시할 수 있는 액정 표시 소자를 생성하였다. 하기 설명되는 평가를 실시하고, 일반적인 구성을 가지는 종래예와 비교하였다. 표 1 및 도 15에 결과를 나타낸다. 또한，도 15는 |Δε|과 플리커와의 관계를 나타낸다.
[평가]
(번-인)
본 실시예에 따른 액정 표시 소자를 70℃의 투사형 표시 장치에 넣고, 체커 패턴을 8시간 유지시켰다.
그 후, 액정 표시 소자를 래스터 패턴에 절환해서 화질평가를 행하였다． 등급은: 체커 패턴이 분명히 남아 있는 액정 표시 소자를 크로스(×), 체커 패턴의 일부가 남아 있는 액정 표시 소자를 삼각(△), 체커 패턴이 대부분 보이지 않는 액정 표시 소자를 원(○), 체커 패턴이 전혀 보이지 않는 액정 표시 소자를 이중원(◎)이라고 했다.
(플리커 값)
스백트럼 분석기를 이용하여 측정을 실행하였다.
50인이 본-인 화상을 본 후 NG-OK 질문지를 작성하였다. 그 결과, 플리커 값이 14dB이상일 때 NG라고 판단되었다.
(광조사 시험)
250W의 UHP 램프를 구비한 90℃의 광조사 시험 장치에 본 발명의 액정 표시 소자를 넣고, 일정 시간 후에 주변 얼룩짐의 발생의 모습을 관찰했다.
등급은: 화면 전체에 얼룩짐이나 얼룩이 발생하는 액정 표시 소자를 크로스(×), 화면의 일부에 얼룩짐이나 얼룩이 발생하는 액정 표시 소자를 삼각(△), 얼룩짐이나 얼룩이 대부분 보이지 않는 액정 표시 소자를 원(○), 전혀 이상이 없는 액정 표시 소자를 이중원(◎)이라고 했다.
유전률 이방성Δε이 -4.5 이하의 액정 표시 소자는 번-인, 플리커 값, 및 광조사 시험 결과가 매우 양호했다.
(접착 강도)
실시예의 시일재를 슬라이드 글라스에 정량 도포하고, 100mW/cm2로 60초 가압 경화시켜, 그 후 130도의 오븐에서 1시간 소성한 샘플을 장력 게이지를 이용해서 강도측정을 행하였다. 일반적인 구성예(종래예)을 1이라고 했을 때의 상대 값을 나타냈다.
그 후, 60℃ 및 90%의 500시간의 보존 시험을 실시하고, 다시 강도측정을 행하였다.
래디컬 개시제의 저감 및 유전률 이방성 Δε의 저감을 조합하는 것으로, 모든 평가 항목에 있어서 양호한 결과를 얻을 수 있었다.
이렇게, 본 발명의 액정 표시 소자를 이용함으로써, 보다 신뢰성이 좋은 고품질의 액정 표시 소자를 얻을 수 있었다.
다음으로，상기의 액정 표시 소자를 이용한 전자기기의 일례로서, 투사형 액정 표시 장치의 구성에 대해서, 도 16의 개략 구성도를 참조하여 설명한다.
도 16에 도시한 바와 같이 투사형 액정 표시 장치(액정 프로젝터)(300)은, 광축 C에 따라 광원(301)과, 투과형의 액정 표시 소자(302)와 투영 광학계(303)가 이 순서로 배설되어 구성된다.
광원(301)을 구성하는 램프(304)로부터 쏘아진 광은 리플렉터(305)에 의해 후방에 방사되는 성분이 전방에 집광되어, 컨덴서 렌즈(306)에 입사된다. 컨덴서 렌즈(306)는, 광을 더 집중하고 입사측 편광판(307)을 통해 액정 표시 소자(302)에 유도한다.
유도된 광은, 셔터 혹은 라이트 밸브의 기능을 가지는 액정 표시 소자(302) 및 방출측 편광판(308)에 의해 화상으로 변환된다. 표시된 화상은, 투영 광학계 (303)를 통해서 스크린(310)에 확대 투영된다.
또한，광원(301)과 컨덴서 렌즈(306)사이에는 필터(314)가 삽입되어 있어, 광원으로부터 광에 포함되는 불필요한 파장의 광, 예를 들면, 적외광 및 자외광을 제거한다.
다음에는, 상기의 액정 표시 소자를 이용한 전자기기의 일례로서, 투사형 액정 표시 장치의 구성에 대해서, 도 17을 참조하여 설명한다.
도 17은 각각 RGB용의 액정 표시 소자 562R, 562G 및 562B로서 이용되는 전술한 3개의 액정 표시 소자를 갖추고 있는 투사형 액정 표시 장치(500)의 광학계의 개략 구성도를 나타낸다.
투사형 액정 표시 장치(500)는 광학계로서 광원장치(520)와, 균일조명 광학계(523)를 이용한다.
투사형 액정 표시 장치(500)는 균일조명 광학계(523)로부터 출사되는 광속W를 적(R), 녹(Ｇ), 청(B)으로 분리하는 색 분리 수단인 색 분리 광학계(524); 각 색광속 R, G, B을 변조하는 변조 수단인 3개의 라이트 밸브(525R, 525G, 및 525B); 변조 후의 색광속을 재합성하는 색조 합성 수단인 색조 합성 프리즘(510); 합성된 광속을 투사면(600)의 표면에 확대 투사하는 투사 수단인 투사 렌즈 유닛(506)를 구비하고 있다. 또한，투사형 액정 표시 장치(500)는 청색광속 B를 대응하는 라이트 밸브(525B)에 유도하는 도광계(527)를 구비하고 있다.
균일조명 광학계(523)는, 2개의 렌즈판(521 및 522)과 반사 미러(531)을 구비하고 있다. 2개의 렌즈판(521 및 522)은 반사 미러(531)가 2개의 렌즈판(521 및 522)에 끼워져서 서로 직교하는 상태로 배치되어 있다. 균일조명 광학계(523)의 2개의 렌즈판(521 및 522)은, 각각 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 사각형 렌즈를 구비하고 있다.
광원장치(520)로부터 출사된 광속은, 제1 렌즈판(521)의 사각형 렌즈에 의해 복수의 부분 광속으로 분할된다. 이들 부분 광속은, 제2 렌즈판(522)의 사각형 렌즈에 의해 3개의 라이트 밸브(525R, 525G 및 525B) 부근에서 서로 겹친다.
따라서，균일조명 광학계(523)를 이용함으로써, 광원장치(520)가 출사 광속의 단면 내에서 불균일한 조도 분포를 띠고 있는 경우라도, 3개의 라이트 밸브(525R, 525G 및 525B)를 균일한 조명광에서 조명하는 것이 가능하게 된다.
색 분리 광학계(524)는, 진초록 반사 다이크로익(dichroic) 미러(541), 녹 반사 다이크로익 미러(542) 및 반사 미러(543)를 포함한다.
우선，진초록 반사 다이크로익 미러(541)는，광속 W에 포함되어 있는 청색광속 B 및 녹색광속 G를 직각으로 반사시킨다. 청색광속 B 및 녹색광속 G는 녹 반사 다이크로익 미러(542)의 측을 향한다. 적색광속 R은, 이 진초록 반사 다이크로익 미러(541)를 통과한다. 후방의 반사 미러(543)는 적 광속 R을 직각으로 반사시킨다. 적색광속 R은 사출부(544)로부터 프리즘 유닛(510)의 측으로 출사된다.
다음에는, 녹 반사 다이크로익 미러(542)에서는，진초록 반사 다이크로익 미러(541)에 의해 반사된 청색광속 B 및 녹색광속 G중，녹색광속 G만이 직각으로 반사된다. 이후 녹색광속 G는 녹색광속 G의 사출부(545)로부터 색조 합성 광학계의 측에 출사된다. 녹 반사 다이크로익 미러(542)를 통과한 청색광속 B는, 청색광속 B의 사출부(546)로부터 도광계(527)의 측에 출사된다.
이 경우에, 균일 조명 광학계(523)의 광속 W의 사출부로부터 색분리 광학계 (524)에 있어서의 각 색광속의 사출부(544, 545 및 546)까지의 거리가 거의 동등하게 되도록 설정되어 있다. 색 분리 광학계(524)의 적색광속 R의 출사부(544) 및 녹색광속 G의 출사부(545)의 각 사출측에는, 각각 집광 렌즈(551) 및 집광 렌즈(552)가 배치되어 있다. 따라서，각 사출부에서 쏜 적색광속 R, 녹색광속 G는 집광 렌즈(551) 및 집광 렌즈(552)에 입사해서 평행화된다.
이렇게 평행화된 적색광속 R 및 녹색광속 G는, 각각 라이트 밸브(525R) 및 라이트 밸브(525G)에 입사해서 변조되어, 각 색 광에 대응한 화상 정보가 적색광속 R 및 녹색광속 G에 부가된다.
즉, 이들 액정 표시 소자는, 도시하지 않고 있는 구동 수단에 의해 화상 정보에 따라서 스위칭 제어되어서, 이에 의해，액정 표시 소자를 통과하는 각 색 광이 변조된다. 한편，청색광속 B는 도광계(527)를 통해서 대응하는 라이트 밸브(525B)에 유도된 다음, 이 라이트 밸브(525B)에서 마찬가지로 화상 정보에 따라서 변조가 실시된다.
또한, 본 예의 라이트 밸브(525R, 525G 및 525B)는, 입사측 편광판(560R, 560G 및 560B), 출사측 편광판(561R, 561G 및 561B), 및 각각이 입사측 편광판(560R, 560G 및 560B)과 출사측 편광판(561R, 561G 및 561B)의 사이에 배치된 액정 표시 소자(562R, 562G 및 562B)를 포함하는 액정 라이트 밸브이다.
도광계(light guiding system)(527)는, 청색광속 B의 사출부(546)의 사출측에 배치한 집광 렌즈(554), 입사측 반사 미러(571), 사출측 반사 미러(572), 이들 반사 미러의 사이에 배치한 중간 렌즈(573), 라이트 밸브(525B)의 전방에 배치한 집광 렌즈(553)를 포함하고 있다.
집광 렌즈(546)로부터 쏘아진 청색광속은, 도광계(527)를 통해서 액정 표시 소자(562B)에 유도되어서 변조된다. 각 색광속의 광로 길이, 즉 광속 W의 사출부에서 각 액정 표시 소자(562R, 562G 및 562B)까지의 거리는 청색광속 B가 가장 길다. 따라서，청색광속의 광량 손실이 가장 많아진다.
그러나, 도광계(527)를 개재시킴으로써 광량 손실을 억제할 수 있다． 각 라이트 밸브(525R, 525G 및 525B)를 통과해서 변조된 각 색광속 R, G, B는 색조 합성 프리즘(510)에 입사되어 합성된다. 색조 합성 프리즘(510)에 의해 합성된 광은 투사 렌즈 유닛(506)을 통해서 소정의 위치에 있는 투사면(600)의 표면에 확대 투사 되도록 되어 있다.
본 발명은 투사형의 액정 표시 소자뿐만 아니라, 반사형 액정 표시 소자, LOCOS, 유기 EL, 어느 쪽의 방식의 디바이스에 적용해도 전술한 효과를 얻을 수 있다는 것을 주목한다.
또한，본 발명은 구동 내장형의 액정 표시 소자, 구동 회로를 외장하는 형의 액정 표시 소자, 대각 1인치로부터 15인치 정도 혹은 그 이상의 여러 가지 사이즈의 액정 표시 소자, 단순 매트릭스 방식, TFD 액티브 매트릭스 방식, 패시브 매트릭스 구동 방식, 선광 모드, 복굴절 모드 등, 어느 쪽의 방식의 액정 표시 소자에 적용해도 전술한 효과를 기대할 수 있다.
이상 설명한 바와 같이, 본 실시 형태에 따른 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자는, 매트릭스 형상의 화소를 형성하기 위해 각 기판(11 및 12)의 대향하는 면에 형성된 전극(13 및 14)을 갖고 있으며, 프레임마다 각 화소 전극에 인가하는 전압은 동일극성을 갖고 반전되는 프레임 반전 구동을 행한다. 두 장의 기판(11 및 12) 위에는 액정을 소정 방향에 배향 시키기 위한 배향막이 형성되어 있다. 두 장의 기판(11 및 12)은 소정 간극으로 대향하는 것 같이 시일재(15)에 의해 서로 접합되어 있다. 서로 대향해서 접합된 한 쌍의 기판(11 및 12) 사이에는 수직배향 액정층(16)이 삽입되어 있다. 액정층(16)을 형성하는 액정 재료의 굴절율 이방성 Δn과 셀 갭 d와의 곱으로서 부여하는 것이 가능한 리타데이션 Δnd의 범위가 0.55μm보다 작고, 측정 온도 70℃에 있어서의 유전률 이방성 Δε의 범위는 -4.5로부터 0 미만이다. 따라서, 이하의 효과를 얻을 수 있다.
신뢰성이 대폭 향상됨으로써, 고화질을 실현할 수 있다. 또한，고선명화를 성취하는데 수반되는 협 셀 갭에 기인한 고굴절률 이방성으로 액정의 이상 배향을 방지하고, 높은 콘트라스트 및 고속응답을 실현할 수 있다. 또한 프로젝터 등의 투사형LCD에서는，장기 수명화 이외에, 램프 고조사량 가능에 의한 고휘도화를 실현할 수 있고, 패널 소형화 혹은 유효 화소 영역확대에 의한 고개구율을 실현할 수 있는 이점이 있다.
본 기술 분야에 숙련된 자는 첨부 청구항들의 범위 또는 이들의 균등물 범위를 벗어나지 않더라도 설계 필요조건 및 다른 팩터에 따라서 다양한 수정, 컴비네이션, 서브컴비네이션 및 변경을 기할 수 있음은 이해하여야 한다.
도 1의 (a) 내지 도 1의 (d)는 번-인 발생의 상정 모델의 일례를 도시하는 도면이다.
도 2는 본 실시 형태에 따른 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자의 개략구성을 도시하는 단면도다.
도 3은 본 실시 형태에 따른 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자의 어레이 기판(액정 패널부)에 있어서의 배치 예를 도시하는 도면이다.
도 4는 본 실시 형태에 따른 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자의 TFT 어레이 기판측의 구체적인 구성예를 도시하는 단면도다.
도 5는 유전률 이방성 Δε 및 K33의 조건을 변경시켰을 경우의, 전압 대 투과율 특성곡선을 나타내는 도면이며, K33이 10인 경우의 전압 대 투과율특성곡선을 나타내는 도면이다.
도 6은 유전률 이방성 Δε 및 K33의 조건을 변경시켰을 경우의, 전압 대 투과율 특성곡선을 나타내는 도면이며, K33이 15인 경우의 전압 대 투과율 특성곡선을 나타내는 도면이다.
도 7은 유전률 이방성 Δε 및 K33의 조건을 변경시켰을 경우의, 전압 대 투과율 특성곡선을 나타내는 도면이며, K33이 20인 경우의 전압 대 투과율 특성곡선을 나타내는 도면이다.
도 8은 유전률 이방성 Δε과 투과율이 100%가 되는 포화 전압과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 9는 인가 전압 = 5V 일 때 Δε 및 K33의 조건을 변경시켰을 경우의, 파장 550nｍ의 녹(Green) 색광에 있어서의 Δnd 대 투과율 특성곡선을 나타내는 도면이다.
도 10은 도 9의 특성으로부터 유도해 낼 수 있는 유전률 이방성 Δε과 리타데이션 Δnd와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 11은 화소 피치와 배향 혼란, 및 셀 갭과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 12는 비교예 1에 있어서의 |Δε|과 플리커와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 13은 플리커 값의 합격 기준에 대해서 나타내는 도면이다.
도 14는 래디컬 개시제량과 플리커와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 15는 비교예 3에 있어서의 |Δε|과 플리커와의 관계를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 실시 형태에 따른 투사형 액정 표시 장치의 일례를 나타내는 개략구성도이다.
도 17은 본 실시 형태에 따른 3판식 투사형 액정 표시 장치의 보다 구체적인 1 예를 나타내는 구성도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 액정 표시 소자
11 : TFT 어레이 기판
12 : 대향 기판
13 : 화소 전극
14 : 대향 전극
15 : 시일재
16 : 액정층
30 : 축적 용량
32 : 제1 차광막
33 : 제1 층간막

Claims (23)

  1. 액정 표시 소자로서,
    배향막들이 소정 간극으로 서로 대향되게 시일재(sealing material)에 의해 서로 접합된 한 쌍의 기판 간에 액정층이 삽입되어 있으며,
    측정 온도 70 ℃에서 상기 액정층을 위한 재료의 유전률 이방성 Δε의 범위는 -4.5 내지 -2이고, 상기 액정층을 위한 액정 재료는 수직배향형 액정이고, 굴절률 이방성을 Δn이라 하고 셀 갭은 d라고 하면, 리타데이션 Δnd의 범위는 0.34μm 내지 0.55μm이며, 시일재의 모체(base material) 100중량부에 대한, 광 래디컬 중합 개시제(photo-radical polymerization initiator)의 함유량은 0.05중량％ 미만인 액정 표시 소자.
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  7. 제1항에 있어서, 상기 액정 표시 소자는, 프레임마다 각 화소 전극에 인가하는 전압은 동일극성을 갖고 반전되는 프레임 반전 구동을 행하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자인 액정 표시 소자.
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서, 화소 전극이 설치된 액정 패널은 투과형 액정 패널인 액정 표시 소자.
  10. 제1항에 있어서, 상기 액정 표시 소자의 화소 피치는 20㎛ 이하인 액정 표시 소자.
  11. 제1항에 있어서, 상기 배향막으로서 무기 배향막을 이용하는 액정 표시 소자.
  12. 투사형 액정 표시 장치로서,
    광원;
    액정 표시 소자;
    상기 광원으로부터 출사된 광을 상기 액정 표시 소자에 유도하는 집광 광학계; 및
    상기 액정 표시 소자로 광 변조한 광을 확대해서 투사하는 투사 광학계를 포함하고,
    상기 액정 표시 소자는, 배향막들이 소정 간극으로 서로 대향되게 시일재에 의해 서로 접합된 한 쌍의 기판 간에 삽입되어 있는 액정층을 구비하고,
    측정 온도 70 ℃에서 상기 액정층을 위한 재료의 유전률 이방성 Δε의 범위는 -4.5 내지 -2이고, 상기 액정층을 위한 액정 재료는 수직배향형 액정이고, 굴절률 이방성을 Δn이라 하고 셀 갭은 d라고 하면, 리타데이션 Δnd의 범위는 0.34μm 내지 0.55μm이며, 시일재의 모체 100중량부에 대한, 광 래디컬 중합 개시제의 함유량은 0.05중량％ 미만인 투사형 액정 표시 장치.
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  16. 제12항에 있어서, 상기 액정 표시 소자는, 프레임마다 각 화소 전극에 인가하는 전압은 동일극성을 갖고 반전되는 프레임 반전 구동을 행하는 액티브 매트릭스형 액정 표시 소자인 투사형 액정 표시 장치.
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