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KR20050046021A - 액정표시장치 및 그 제조방법, 및 액정표시장치의 구동방법 - Google Patents

액정표시장치 및 그 제조방법, 및 액정표시장치의 구동방법 Download PDF

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KR20050046021A
KR20050046021A KR1020057007556A KR20057007556A KR20050046021A KR 20050046021 A KR20050046021 A KR 20050046021A KR 1020057007556 A KR1020057007556 A KR 1020057007556A KR 20057007556 A KR20057007556 A KR 20057007556A KR 20050046021 A KR20050046021 A KR 20050046021A
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crystal display
electric field
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카츠지 핫토리
쇼이치 이시하라
히로후미 구보타
신이치로 핫타
카츠미 아다치
요시노리 타나카
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마쯔시다덴기산교 가부시키가이샤
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Abstract

밴드 배향형의 액정표시장치에서는 통상의 표시를 개시하기 전에, 표시부 전체를 스플레이 배향상태에서 밴드 배향상태로 균일하게 전 화소부 전체를 전이시켜둘 필요가 있다. 그러나, 종래, 단순한 교류전압을 인가해도, 전이가 일어나지 않거나, 일어나도 극히 전이시간이 오래 걸리거나, 배향결함에 의한 표시결함이 발생하기 쉬웠다.
본 발명은, OCB셀을 이용한 액정표시장치의 구동방법으로서, 통상의 표시동작을 개시하기 전위 단계에서, 전극(22)과 화소전극(23)의 사이에, 바이어스 전압을 중첩한 교류전압을 상기 기판 사이에 인가하는 공정과, 상기 기판 사이에 제로전압 혹은 저전압을 인가하는 공정을 교호 반복 실시하여, 전 화소를 밴드 배향전이 시킨 후, 통상의 표시동작으로 이행시킨다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법, 및 액정표시장치의 구동방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY, METHOD OF MANUFACTURING THE SAME, METHOD OF DRIVING LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
본 발명은 TV화상이나 퍼스널 컴퓨터, 멀티미디어 화상을 표시하는 고속응답으로서 광시야의 OCB모드의 액정표시장치 및 그 제조방법, 및 액정표시장치의 구동방법에 관한 것이다.
종래, 액정표시장치로서, 예를 들면 그 액정표시모드로서, 유전율 이방성이 플러스의 네마틱 액정을 이용한 트위스트 네마틱(NT)모드의 액정표시소자가 실용화되고 있지만, 응답이 느리고, 시야각이 좁은 등의 결점이 있다. 또, 응답이 빠르고, 시야각이 넓은 강유전성 액정(FLC)이나 반강유전성 액정 등의 표시모드도 있지만, 굽기, 내쇼크성, 특성의 온도 의존성 등에 큰 결점이 있다. 또, 시각이 극히 넓고, 면(面)내에서 액정분자를 횡전계 구동하는 면내 스위칭(IPS)모드가 있지만, 응답이 느리고 또 개구율이 낮으며 휘도가 낮다. 풀컬러 동화를 큰 화면에 표시하려고 하면, 광시야, 고휘도, 고속의 표시성능을 가진 액정모드가 필요하지만, 이것을 동시에 완벽하게 만족하는 실용적인 액정표시모드는 현재는 아직 존재하지 않는다.
종래, 적어도 광시야이며 고휘도를 목표로 하는 액정표시장치로서, 상기의 TN모드 액정영역을 배향 2분할로 하여 시야각을 상하로 확대한 것이 있다(SID 92 DIGEST 페이지 798~801). 즉, 액정표시장치의 각 표시화소 내에 유전율 이방성이 플러스의 네마틱 액정을 이용하고, TN모드이며 또 액정분자의 배향방위가 다른 2개의 액정영역을 형성하여, 즉 배향 2분할 TN모드에 의해 시야각을 확대하는 것이다.
도 48에 그 종래의 액정표시장치의 구성 개념도를 나타낸다. 도 48에서, 701, 702는 유리기판이며, 703, 704는 전극이고, 705, 705',706, 706'은 배향막이다. 한쪽의 배향영역(A)에서 대향하는 상하 기판 계면에서 약간 기운 유전율 이방성이 플러스의 네마틱 액정분자(707, 707')의 대, 소의 프리틸트(pre-tilt)각(角)을 형성하고, 다른쪽의 배향영역(B)에서는 대향하는 상하 기판 계면에 대해 프리틸트각의 크기를 상기 배향영역(A)과는 반대 설정으로 한다. 그 대소의 프리틸트각은 어느것이나 수회로 차가 나도록 설정하고 있다. 상기 서로 상하 기판에 프리틸트각이 다른 배향영역을 형성하는 종래의 제작법의 예로서, 배향막에 포토레지스트를 도포하고, 포토리소그래프기술로 마스킹을 하여 소정의 방향으로 소망의 배향막 면을 러빙하는 작업을 반복하는 등의 방법이 있다. 상기 구성에서 도 1과 같이, 배향영역(A, B)에서 액정층 중앙부의 액정분자군의 방향이 서로 반대 방향이 되고, 전압 인가와 함께 각 배향영역의 액정분자가 반대로 일어섬으로써, 화소 단위에서 입사광선에 대해 굴절율 이방성이 평균화되어 시야각의 확대가 도모되는 것이다. 상기 종래의 배향 2분할 TN모드에서는, 통상의 TN모드보다 시야각은 확대되어, 상하 시야각은 콘트라스트 10에서 ±35도 정도가 된다.
그러나, 응답속도는 TN모드와 본질적으로 변화하지 않고 약 50mS 정도이다. 이와 같이 상기 종래의 배향 2분할 TN모드에서는 시야각, 응답 모두 불충분하다.
또, 배향막 계면에서 액정분자를 거의 수직으로 배향시키는 이른바 호메오토로픽 배향모드를 이용한 액정표시모드에서, 필름 위상차판, 배향 분할기술을 부가하여 광시야, 고속응답의 액정표시장치가 있지만, 이것도 흑백의 2값 사이의 응답속도는 약 25㎳ 걸리며, 특히 회색 계조(階調) 사이의 응답속도는 50 ~ 80㎳로 느리고, 인간의 눈의 시야속도라 불리는 약 1/30s 보다 길며, 동화상은 흐르는 것처럼 보인다.
이들에 대해, 기판 사이의 액정분자가 밴드 배향한 상태에서의 각 액정분자가 일어서는 각의 변화에 의한 굴절율 변화를 이용하는 밴드 배향형의 액정표시장치(OCB모드의 액정표시장치)가 제안되고 있다. 밴드 배향한 각 액정분자의 온상태와 오프상태에서의 배열 변화속도는, TN형 액정표시장치의 온, 오프상태와의 사이의 배열 변화속도에 비해 훨씬 고속이며, 응답속도가 빠른 액정표시장치로 할 수 있다. 또한, 상기 밴드 배향형의 액정표시장치는 전체에 액정분자가 상하 기판 사이에서 밴드 배향하고 있으므로, 광학 위상차적으로 자기보상할 수 있고, 또 필름 위상차판에서 위상차 보상을 하므로 저전압에서 광시야의 액정표시장치가 되는 가능성을 가진다.
그런데, 상기 액정표시장치는 통상 무전압하에서 액정분자를 기판 사이에서 스플레이(splay) 배향상태로 하여 제작한다. 밴드 배향을 이용하여 굴절율을 변화시키기 위해서는, 액정표시장치의 사용 개시전에, 표시부 전체를 상기 스플레이 배향상태에서 밴드 배향상태로 균일하게 전이시켜 둘 필요가 있다. 대향하는 표시전극 사이에 전압을 인가하면, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이핵이 발생하는 장소는 일정하지 않고, 분산된 스페이서 주위나, 혹은 배향막 계면의 배향얼룩, 금이 간 부분 등이다. 또, 항상 일정의 상기 장소에서 전이핵이 발생하는 것도 아니므로 전이가 일어나든지 일어나지 않든지 표시결함이 발생하기 쉽다. 따라서, 사용 개시전에, 표시부 전체를 적어도 전(全)화소부 전체를 균일하게 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이를 시켜 두는 것은 극히 중요하다.
그러나, 종래, 단순한 교류전압을 인가해도, 전이가 일어나지 않거나, 일어나더라도 극히 전이시간이 길게 걸린다.
본 발명의 목적은, 밴드 배향전이가 거의 확실하게 발생하고, 또 극히 단시간에 전이가 완료함으로써 표시 결함이 없으며, 응답속도가 빠르고 동화상표시에 적합하고 또 광시야의 밴드 배향형의 액정표시장치 및 그 제조방법, 및 액정표시장치의 구동방법을 제안하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명 중 청구항 1 기재의 발명은 한쌍의 기판과, 기판 사이에 협지되는 액정층을 포함하며, 전압 무인가 시에는 상기 액정층은 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부(正負) 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 상기 기판 사이의 전압 인가에 의해 상기 액정층의 배향상태를 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리를 행하여, 그 초기화된 밴드 배향상태에서 액정표시 구동을 행하는 액정표시장치에서의 상기 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 배향전이시키기 위한 구동방법에 있어서, 바이어스 전압이 중첩된 교류전압을 상기 기판 사이에 인가하여, 액정층을 밴드 배향으로 전이시키는 것을 특징으로 한다.
상기 방법에 의하면, 바이어스 전압을 중첩한 교류전압을 기판 사이에 인가함으로써, 단순히 교류전압을 인가하는 경우에 비해, 전이시간이 단축된다. 왜냐하면, 바이어스 전압의 중첩에 의해, 바이어스 전압에 의해 액정층의 액정분자 배향이 흔들려 액정분자가 한쪽의 기판측에 치우치는 현상이 발생한다. 이것에 의해, 액정층 내에서, 짧은 시간에 더욱 확실하게 전이핵이 발생하여, 전이시간이 빠르게 된다. 이것에 더하여, 실효전압의 증가에 의해, 더욱 전이시간이 빠르게 된다.
청구항 2 기재의 발명은, 한쌍의 기판과, 기판 사이에 협지되는 액정층을 포함하며, 전압 무인가 시에는 상기 액정층은 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 상기 기판 사이의 전압 인가에 의해 상기 액정층의 배향상태를 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리를 행하여, 그 초기화된 밴드 배향상태로 액정표시 구동을 행하는 액정표시장치에서의 상기 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 배향전이시키기 위한 구동방법에 있어서, 상기 바이어스 전압이 중첩된 교류전압을 상기 기판 사이에 인가하는 공정과, 상기 기판 사이를 전기적으로 개방상태로 하는 공정을 교호 반복 실시하여, 액정층을 밴드 배향으로 전이시키는 것을 특징으로 한다.
상기 구성과 같이, 교류전압 인가 후에 전기적 개방상태 기간을 설치함으로써, 액정층의 액정분자 배향이 흔들려 액정분자가 한쪽의 기판으로 치우치는 현상이 발생한다. 이것에 의해, 액정층 내에서, 짧은 시간에 더욱 확실하게 전이핵이 발생하여, 전이시간이 빠르게 된다.
청구항 3 기재의 발명은, 한쌍의 기판과, 기판 사이에 협지되는 액정층을 포함하며, 전압 무인가 시에는 상기 액정층은 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 상기 기판 사이의 전압 인가에 의해 상기 액정층의 배향상태를 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리를 행하여, 이 초기화된 밴드 배향상태로 액정표시 구동을 행하는 액정표시장치에서의 상기 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 배향전이시키기 위한 구동방법에 있어서, 바이어스 전압이 중첩된 교류전압을 상기 기판 사이에 인가하는 공정과, 상기 기판 사이에 제로전압 혹은 저전압을 인가하는 공정을 교대로 반복 실시하여, 액정층을 밴드 배향으로 전이시키는 것을 특징으로 한다.
상기 구성과 같이, 교류전압 인가 후에 제로전압 혹은 저전압 인가 기간을 설정함으로써, 액정층의 액정분자 배향의 흔들림의 정도가 청구항 2 기재의 발명보다 크게 된다. 따라서, 액정분자가 한쪽의 기판측으로 치우치는 현상이 극히 짧은 시간에 발생한다. 이것에 의해, 전이시간이 한층 빠르게 된다.
청구항 4 기재의 발명은 청구항 3 기재의 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 바이어스 전압을 중첩한 교류전압 대신에, 직류전압으로 하는 것을 특징으로 한다.
상기 구성과 같이, 교류전압 대신에 직류전압을 인가하도록 해도, 당해 직류전압 인가 후에, 제로전압 혹은 저전압 인가 기간이 존재하므로, 액정층의 액정분자 배향의 흔들림이 생기게 된다. 따라서, 이와 같은 구동방법에서도 또, 전이시간의 단축화를 도모할 수 있다.
청구항 5 기재의 발명은, 청구항 2 기재의 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 교호 반복 전압의 주파수는 0.1㎐에서 100㎐의 범위이며, 또 상기 교호 반복하는 전압의 듀티 비(比)는 1 : 1에서 1000 : 1의 범위인 것을 특징으로 한다.
여기서, 「교호 반복하는 전압」이란, 교류전압 인가 기간과 전기적 개방상태 기간의 교호 반복을 전체로서 1개의 전압파형이라 생각한 경우에서의 전압을 의미한다. 이와 같이 교호 반복하는 전압의 주파수 및 듀티 비를 규제하는 것은, 이하의 이유에 의한다.
주파수가 0.1㎐보다 작으면, 교호의 반복이 거의 없으므로, 교호의 반복에 기인한 액정분자 배향의 치우침의 발생이 생기지 않게 된다. 한편, 주파수가 100㎐보다 크면, 교호의 반복의 빈도가 너무 많아 직류전압에 근접하며, 교호의 반복에 기인한 액정분자 배향의 치우침의 발생이 생기지 않게 된다.
또, 듀티 비가 1 : 1보다 작은(예를 들면, 1 : 5 등) 경우, 액정층에 충분한 전압을 인가할 수 없다. 한편, 듀티 비가 1000 : 1보다 큰 경우, 교호의 반복이 거의 없는 직류전압에 근접하며, 교호의 반복에 기인한 액정분자 배향의 치우침의 발생이 생기지 않게 된다.
청구항 6 기재의 발명은, 청구항 3 기재의 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 교호 반복하는 전압의 주파수는 0.1㎐에서 100㎐의 범위이며, 또 상기 교호 반복하는 전압의 듀티 비는 적어도 1 : 1에서 1000 : 1의 범위인 것을 특징으로 한다.
교호 반복하는 전압의 주파수 및 듀티 비를 규제하는 것은, 상기 청구항 6과 같은 이유에 의한다.
청구항 7 기재의 발명은, 청구항 1에 기재의 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 액티브 매트릭스형 액정표시장치의 구동방법으로써, 상기 교류전압은, 한쪽의 기판에 형성된 스위칭소자에 연결된 액티브 매트릭스형의 액정표시장치의 화소전극과, 다른쪽의 기판에 형성된 공통전극과의 사이에 인가되는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 액티브 매트릭스형의 액정표시장치에 있어서, 전이시간을 단축화 할 수 있다.
청구항 8 기재의 발명은, 청구항 3에 기재의 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 액티브 매트릭스형 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 교류전압은, 한쪽의 기판에 형성된 스위칭소자에 연결된 액티브 매트릭스형의 액정표시장치의 화소전극과, 다른쪽의 기판에 형성된 공통전극과의 사이에 인가되는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 액티브 매트릭스형의 액정표시장치에 있어서, 전이시간을 단축화 할 수 있다.
청구항 9 기재의 발명은, 청구항 8 기재의 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 교류전압은, 공통전극에 인가되는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해서도, 전이시간을 단축화 할 수 있다.
청구항 10 기재의 발명은, 청구항 4에 기재의 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 액티브 매트릭스형 액정표시장치의 구동방법으로서, 상기 직류전압은, 한쪽의 기판에 형성된 스위칭소자에 연결된 액티브 매트릭스형의 액정표시장치의 화소전극과, 다른쪽의 기판에 형성된 공통전극과의 사이에 인가되는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 액티브 매트릭스형의 액정표시장치에 있어서, 전이시간을 단축화 할 수 있다.
청구항 11 기재의 발명은, 청구항 10 기재의 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 직류전압은, 공통전압에 인가되는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해서도, 전이시간을 단축화 할 수 있다.
청구항 12 기재의 발명은, 청구항 1 기재의 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 교류전압의 전압치는, 액정층을 스플레이 배향상태에서 밴드 배향상태로 전이시키는데 필요한 최소 전압치인 임계전압치로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 저전압화를 도모할 수 있다.
청구항 13 기재의 발명은, 청구항 4에 기재의 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 직류전압의 전압치는, 액정층을 스플레이 배향상태에서 밴드 배향상태로 전이시키는데 필요한 최소 전압치인 임계전압치로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에서, 저전압화를 도모할 수 있다.
청구항 14 기재의 발명은, 청구항 3 기재의 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 전압은 시간적, 평균적으로 교류화된 전압인 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 액정의 열화를 방지할 수 있다.
청구항 15 기재의 발명은, 한쌍의 기판과, 기판 사이에 협지되는 액정층을 포함하고, 전압 무인가 시에는 상기 액정층은 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 상기 기판 사이에의 전압인가에 의해 상기 액정층의 배향상태를 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리를 행하여, 이 초기화된 밴드 배향상태로 액정표시 구동을 행하는 액정표시장치에 있어서, 상기 액정층을 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키기 위해, 상기 기판 사이에 바이어스 전압을 중첩한 교류전압 또는 직류전압을 인가하는 전압 인가수단을 가지는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 전이시간이 짧은 액정표시장치가 실현된다.
청구항 16 기재의 발명은, 청구항 15 기재의 액정표시장치에 있어서, 상기 교류전압 또는 직류전압의 전압치는, 액정층을 스플레이 배향상태에서 밴드 배향상태로 전이시키기는데 필요한 최소 전압치인 임계전압치로 설정되어 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 전이시간이 짧은 액정표시장치가 실현된다.
청구항 17 기재의 발명은, 화소전극을 가지는 어레이기판과 공통전극을 가지는 대향기판 사이에 배치된 액정층 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향의 액정셀로, 전압 무인가 시에는 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 전압 인가에 의해 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리가 행해져, 이 초기화 된 밴드 배향상태로 액정표시 구동을 행하는 액티브 매트릭스형의 액정표시장치에 있어서, 상기 어레이기판의 내면 측에 형성된 배향막에서의 액정의 프리틸트각이 제1의 프리틸트각을 나타냄과 동시에, 대향하는 대향기판의 내면 측에 형성된 배향막에서의 액정의 프리틸트각이 제1의 프리틸트각보다도 큰 제2의 프리틸트각을 나타내는 제 1의 액정셀 영역과, 상기 제1의 액정셀 영역에 인접하여 배치되며, 어레이기판의 내면 측에 형성된 배향막에서의 액정의 프리틸트각이 제3의 프리틸트각을 나타냄과 동시에, 대향하는 대향기판의 면내측에 형성된 배향막에서의 액정의 프리틸트각이 제3의 프리틸트각보다도 작은 제4의 프리틸트각을 나타내는 제2의 액정셀 영역을 동일 화소내에 적어도 가지고 있으며, 상기 배향막이, 제1의 액정셀 영역에서 제2의 액정셀 영역을 향해 배향처리되어 있는 액정셀과, 상기 화소전극과 상기 공통전극과의 사이에, 디스크 리네이션선을 형성하기 위한 제1의 전압을 인가하고, 상기 제1의 액정셀 영역과 상기 제2의 액정셀 영역과의 경계 부근에서 디스크 리네이션선을 형성하는 제1의 전압인가 수단과, 상기 화소전극과 상기 공통전극과의 사이에 상기 제1의 전압보다도 높은 제2의 전압을 인가함으로써, 디스크 리네이션선에서 전이핵을 발생시켜, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 제2의 전압 인가수단을 구비하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성으로 함으로써, 상기 화소전극과 공통전극의 사이에 제1의 전압을 인가함으로써, 상기 제1의 액정셀 영역과 제2의 액정셀 영역과의 사이에 있어서, 주위보다 일그러짐 에너지가 높은 디스크 리네이션선을 형성할 수 있으며, 또한, 상기 화소전극과 상기 공통전극과의 사이에 제1의 전압보다도 높은 제2의 전압을 인가함으로써, 더욱 상기 디스크 리네이션선에 에너지가 공급되어 이 디스크 리네이션선에서 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이한다.
따라서, 상기 구성으로 한 액정표시장치에 있어서는, 스플레이 - 밴드 배향전이를 액정셀을 다수 형성한 각 화소영역 내에서 확실하게 일정의 장소(디스크 리네이션선)에서 일으킬 수 있고, 또, 배향전이를 확실히 빠르게 일으킬 수 있어, 표시 결함이 생기지 않으며, 고화질이고 가격적으로 우수한 액정표시장치를 실현할 수 있다.
청구항 18 기재의 발명은, 청구항 17 기재의 액정표시장치로서, 상기 제1 및 제4의 프리틸트각은 3도 이하이며, 상기 제2 및 제3의 프리틸트각은 4도 이상인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성으로 함으로써, 상기 제2 및 제4의 프리틸트각과 상기 제1 및 제4의 프리틸트각과의 비를 크게 할 수 있으며, 상기 비를 크게 함으로써, 주위보다 일그러짐 에너지가 더욱 높은 디스크 리네이션선을 형성할 수 있고, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이시간을 더욱 단축하는 것이 가능하게 된다.
청구항 19 기재의 발명은, 청구항 17 기재의 액정표시장치로서, 상기 배향막의 배향처리되는 방향은, 상기 화소전극에 따른 신호전극선 또는 게이트전극선에 대해 직각인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성으로 함으로써, 액정층 내의 액정분자의 배향상태 방향으로 횡전계 인가부에서 대략 직각방향으로 횡전계가 인가되기 때문에, 이 횡전계에 의해 액정분자가 뒤틀리는 힘을 받아, 따라서, 디스크 리네이션선에서 전이핵이 발생하여, 신속하게 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 배향의 전이를 행할 수 있다.
청구항 20 기재의 발명은, 청구항 17 기재의 액정표시장치로서, 상기 배향막의 배향처리되는 방향은, 상기 화소전극에 따라 신호전극선 또는 게이트전극선에 대해 직각방향에서 약간 어긋나 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 배향막의 배향처리방향을, 상기 신호전극선 또는 게이트전극선에 대해 직각방향에서 약간 어긋나도록 함으로써, 상기 디스크 리네이션선에 대해 신호전극선 또는 게이트전극선에서의 횡전계가 비스듬하게 인가되게 됨으로, 스플레이 배향한 액정분자에 뒤틀리는 힘이 가해지게 됨으로, 밴드 배향으로의 전이가 쉽게 된다.
청구항 21 기재의 발명은, 청구항 17 기재의 액정표시장치로서, 상기 제2의 전압은, 그 주파수가 0.1㎐에서 100㎐의 범위이며, 또 제2의 전압의 듀티 비는 적어도 1 : 1에서 1000 : 1의 범위인, 펄스모양의 전압인 것을 특징으로 하고 있다.
상기와 같은 펄스모양의 제2의 전압을 인가하여, 전압인가 기간과 전압을 인가하지 않는 기간을 교호 반복함으로써, 액정분자가 부동되어 전이하기 쉬운 상태가 되며, 따라서, 스플레이 배향한 액정분자가 밴드 배향으로 전이한다. 또한, 상기 주파수 및 듀티 비를 상기 범위로 규제하는 것은, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이영역을 확대하기 때문이다.
청구항 22 기재의 발명은, 청구항 17 기재의 액정표시장치로서, 상기 게이트전극선은, 상기 전이시키는 기간중의 적어도 대부분에서 온상태인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 디스크 리네이션선 영역은 주위에서 일그러짐 에너지가 높게 되어 있으며, 이 상태에서, 화소전극 옆에 배치되어 있는 게이트전극선에서도 상기 디스크 리네이션선에 횡전계가 인가되게 됨으로, 더욱 에너지가 공급되어 스플레이 방향에서 밴드 방향으로 빠르게 전이한다.
청구항 23 기재의 발명은, 청구항 17 기재의 액정표시장치로서, 상기 화소전극 및 상기 공통전극의 내면 측에 형성된 배향막 중, 적어도 한쪽의 배향막의 일부 영역에 자외선을 조사하여, 이 배향막에서의 액정의 프리틸트각을 변화시켜 배향 분할된 액정셀을 가지는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 배향막의 일부 영역에 자외선을 조사함으로써, 자외선이 조사된 영역의 배향막의 표면이 개질되며, 개질된 배향막에서의 액정의 프리틸트각을 작은 값으로 할 수 있다. 또한, 자외선의 조사에 의해, 배향막에서의 액정의 프리틸트각이 작게 되는 것은, 현재 명백하게 되어 있지 않지만, 배향막 표면에 존재하는 측쇄(側鎖)가 자외선에 의해 절단되기 때문이라 생각된다. 이와 같이 하여, 자외선 조사에 의해, 배향분할 된 액정셀을 용이하게 형성할 수 있다.
청구항 24 기재의 발명은, 청구항 17 기재의 액정표시장치로서, 상기 화소전극 및 상기 공통전극의 일부 영역에 오존 분위기 하에서 자외선을 조사하여, 이 화소전극 및 공통전극 중, 적어도 한쪽의 전극의 일부 영역을 평탄화 처리한 후, 상기 화소전극 및 공통전극 상에 배향막을 도포 소성하여, 상기 배향막에서의 액정의 프리틸트각을 변화시켜 배향 분할된 액정셀을 가지는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 화소전극 및 상기 공통전극의 일부 영역에 오존 분위기 하에서 자외선을 조사함으로써, 화소전극 및 공통전극의 표면을 평탄화 할 수 있고, 따라서, 화소전극 및 공통전극 상에, 배향막을 도포함으로써, 이 배향막에서의 액정의 프리틸트각을 변화시켜 배향 분할된 액정셀을 형성하는 것을 용이하게 할 수 있다.
청구항 25 기재의 발명은, 화소전극을 가지는 어레이기판과 공통전극을 가지는 대향기판의 사이에 배치된 액정층 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향의 액정셀로, 전압 무인가 시에는 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 전압 인가에 의해 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리가 행해져, 이 초기화된 밴드 배향상태로 액정표시 구동을 행하는 액티브 매트릭스형의 액정표시장치의 제조방법에 있어서, 화소전극을 가지는 어레이기판과 공통전극을 가지는 대향기판의 사이에 배치된 액정층 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향의 액정셀을 준비하는 준비공정과, 상기 화소전극과 상기 공통전극과의 사이에, 디스크 리네이션선을 형성하기 위한 제1의 전압을 인가하여, 제1의 액정셀 영역과 제2의 액정셀 영역과의 경계 부근에서 디스크 리네이션선을 형성하는 디스크 리네이션선 형성공정과, 상기 화소전극과 상기 공통전극과의 사이에 제1의 전압보다도 높은 제2의 전압을 인가하여, 제1의 액정셀 영역과 제2의 액정셀 영역과의 경계 부근의 디스크 리네이션선에서 전이핵을 발생시켜, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 배향전이공정을 가지는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 방법으로 함으로써, 상기 액정표시장치에 있어서는, 스플레이 - 밴드 배향전이를 액정셀을 다수 형성한 각 화소영역 내에서 확실하게 일정의 장소(디스크 리네이션선 부근)에서 일으킬 수 있고, 또, 디스크 리네이션선 부근은, 주위에서 일그러짐의 에너지가 높으므로, 전이핵이 확실하게 발생한다. 따라서, 배향전이를 확실하게 빠르게 일으킬 수 있고, 표시 결함이 생기지 않고, 고화질이며 가격적으로 우수한 액정표시장치를 얻을 수 있다.
청구항 26 기재의 발명은, 청구항 25 기재의 액정표시장치의 제조방법으로서, 상기 준비공정은, 일화소의 일부 영역에 있어서, 화소전극 측의 액정의 프리틸트각이, 공통전극 측의 액정의 프리틸트각보다도 작게 되도록 배향처리를 행함으로써, 액정분자를 b-스플레이 배향시킴과 동시에, 상기 일화소의 다른 영역에 있어서, 화소전극 측의 액정의 프리틸트각이, 공통전극 측의 액정의 프리틸트각보다도 크게 되도록 배향처리를 행함으로써, 액정분자의 t-스플레이 배향시키는 배향처리 공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 방법으로 함으로써, 화소 내에 b-스플레이 배향영역과 t-스플레이 배향영역이 형성되어, 그 경계에 디스크 리네이션선이 명료하게 형성된다. 상기 디스크 리네이션선 부근은, 상술한 바와 같이, 주위보다 일그러짐 에너지가 높으므로, 전이핵이 확실하게 발생하며, 따라서, 배향전이를 확실히 빠르게 일으킬 수 있다.
청구항 27 기재의 발명은, 청구항 26 기재의 액정표시장치의 제조방법으로서, 상기 배향처리공정은, 상기 화소전극 및 상기 공통전극 중 적어도 한쪽의 전극의 면내 측에 형성된 배향막의 일부 영역에, 자외선을 조사하여 액정의 프리틸트각을 바꾸어 배향 분할하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 배향막의 일부 영역에 자외선을 조사함으로써, 자외선이 조사된 영역의 배향막의 표면이 개질되어, 개질된 배향막에서의 액정의 프리틸트각을 작은 값으로 할 수 있다.
청구항 28 기재의 발명은, 청구항 26 기재의 액정표시장치의 제조방법으로서, 상기 배향처리공정은, 상기 화소전극 및 상기 공통전극 중, 적어도 한쪽의 전극의 일부 영역에, 오존 분위기 하에서 자외선을 조사하여 화소전극 및 공통전극의 일부 영역을 평탄화 처리한 후, 상기 화소전극 및 공통전극 상에 배향막을 도포 소성하여, 이 배향막에서의 액정의 프리틸트각을 바꾸어 배향 분할하는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 방법으로 함으로써, 화소전극 및 공토전극 중, 적어도 한쪽의 전극의 일부 영역을 평탄화 할 수 있고, 따라서, 화소전극 및 공통전극 상에, 배향막을 도포함으로써, 이 배향막에서의 액정의 프리틸트각을 변화시켜 배향 분할된 액정셀을 가지는 액정표시장치를 얻을 수 있다.
청구항 29 기재의 발명은, 어레이기판과 대향기판의 사이의 액정층 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향의 액정셀로, 전압 무인가 시에는 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 전압 인가에 의해 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리가 행해져, 이 초기화된 밴드 배향상태로 액정표시 구동을 행하는 액티브 매트릭스형의 액정표시장치에 있어서, 1화소 내에, 적어도 하나의 전이 여기용의 횡전계 인가부를 가지며, 이 횡전계 인가부에 의해 횡전계를 발생시킴과 동시에, 화소전극과 공통전극 사이에 연속적 또는 간헐적으로 전압을 인가하여, 화소마다 전이핵을 발생시켜 화소 전체를 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의해, 이하의 작용이 행해진다.
화소전극과 공통전극 사이에 전이 전압보다도 충분히 큰 전압을 인가함과 동시에, 1화소 내에 설치된 적어도 하나의 전이 여기용의 횡전계 인가부가 액정층에 횡전계를 가하여, 이것에 의해, 이 횡전계 인가부가 화소내 액정층의 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 기점이 되며(즉, 횡전계 인가부 주변의 액정층 내에 전이핵을 확실히 생기게 할 수 있으며), 따라서, 신속하게 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 배향의 전이를 행할 수 있다.
청구항 30 기재의 발명은, 청구항 29 기재의 액정표시장치로서, 상기 횡전계 인가부에 의해 발생되는 횡전계의 방향은, 배향처리 방향과 대략 직교하고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성으로 함으로써, 액정층 내의 액정분자의 배향상태 방향으로횡전계 인가부에서 대략 직교방향으로 횡전계가 인가되기 때문에, 이 횡전계에 의해 액정분자가 뒤틀리는 힘을 받아, 따라서, 전이핵이 발생하여, 신속하게 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 배향의 전이를 행할 수 있다.
청구항 31 기재의 발명은, 청구항 29 기재의 액정표시장치로서, 상기 횡전계 인가부는, 화소전극의 주변부를 기판면에 평행한 면내에서 요철(凹凸)로 변형시킨 전극 변형부인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의해, 이하의 작용이 행해진다.
화소전극의 주변을 기판면에 평행한 면내에서 요철로 형성한 전극 변형부로 이루어지는 횡전계 인가부와, 이 횡전계 인가부의 측방에 존재하는 신호전극선 혹은 게이트 전극선과의 사이에서 전장(電場)이 집중하게 되며, 따라서, 그 경우에 발생하는 횡전계는, 횡전계 인가부를 가지지 않는 화소전극과 신호전극선 혹은 게이트전극선과의 사이에서 발생하는 횡전계보다도 강하다. 따라서, 상기 횡전계 인가부의 존재에 따라 발생하는 횡전계에 의해, 액정층 내에 전이핵을 확실하게 발생할 수 있고, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 배향의 전이를 신속하게 행할 수 있다.
청구항 32 기재의 발명은, 청구항 29 기재의 액정표시장치로서, 상기 횡전계 인가부는 신호전극선 혹은 게이트전극선을 기판면에 평행한 면내에서 요철로 변형시킨 전극선 변형부인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의해, 이하의 작용이 행해진다.
청구항 31 기재의 발명과 같은 작용이, 어느 쪽에나 혹은 양쪽의 전극선의 전극선 변형부의 존재에 의해 행해진다.
청구항 33 기재의 발명은, 청구항 29 기재의 액정표시장치로서, 상기 횡전계 인가부는, 화소전극의 주변부를 기판면에 평행한 면내에서 요철로 변형시켜, 이 요철에 대응하여 신호전극선 혹은 게이트전극선을 요철로 변형시킨 전극·전극선 변형부인 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의해, 이하의 작용이 행해진다.
화소전극의 적어도 한변을 기판면이 평행한 면내에서 그 주변부를 요철로 변형시켜, 이것에 대응하여 신호전극선 또는 게이트 전극선 혹은 그 양쪽을 요철로 변형시킨 전극·전극선 변형부인 횡전계 인가부에 의해, 청구항 31의 발명과 같은 작용이 행해진다.
청구항 34 기재의 발명은, 청구항 29 기재의 액정표시장치로서, 상기 횡전계 인가부는, 횡전계 인가용선을 기판면에 대해 평행한 면내에서 요철로 변형시킨 횡전계 인가용선 변형부이며, 이 횡전계 인가용선은, 신호전극선 혹은 게이트전극선의 적어도 한쪽의 상층 혹은 하층에 절연막을 통해 동방향으로 배설되며, 상기 신호전극선 혹은 게이트전극선이 접속된 구동회로에 접속되어 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성으로 함으로써, 상기 횡전계 인가용선은 횡전계 인가전용의 선이며, 신호전극선 혹은 게이트전극선의 적어도 한쪽의 상층 혹은 하층에 절연막을 통해 배설되어 있으므로, 횡전계 인가용선의 측부에 요철을 연속적으로 형성하는 등 형상에 유연성이 있다. 또, 횡전계 인가용선은, 신호전극선 혹은 게이트전극선으로 겹쳐있기 때문에 광의 흡수가 적고, 따라서, 화소의 개구율이 저하하지 않는다. 따라서, 설계에 자유도를 지닌 용장설계로 하는 것이 가능하다.
청구항 35 기재의 발명은, 청구항 34 기재의 액정표시장치로서, 상기 횡전계 인가용선은, 배향전이 후의 통상의 액정표시 시에는, 구동회로와 차단되는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성으로 함으로써, 상기 횡전계 인가용선은, 배향전이 후의 통상의 액정표시 시에는, 구동회로와 차단되므로, 그 경우, 횡전계 인가용선에 형성된 횡전계 인가부와 화소전극 사이에 횡전계가 발생하는 일은 없다. 따라서, 통상의 액정표시 시에, 액정의 배향 흐트러짐이 생기는 일은 없고, 양호한 액정표시 상태를 나타내는 액정표시장치를 얻을 수 있다.
청구항 36 기재의 발명은, 어레이기판과 대향기판의 사이의 액정층 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향의 액정셀로, 전압 무인가 시에는 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 전압 인가에 의해 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리가 행해져, 이 초기화된 밴드 배향상태로 액정표시 구동을 행하는 액티브 매트릭스형의 액정표시장치에 있어서, 1화소 내에, 전이 여기용의 횡전계 인가를 위해 적어도 1곳의 결함부를 형성한 화소전극 혹은 공통전극의 적어도 한쪽을 가지고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의해, 이하의 작용이 행해진다.
화소단위로, 전이 여기용의 횡전계 인가를 위해 적어도 1곳에 결함부를 형성한 화소전극 혹은 공통전극의 적어도 한쪽을 가지고 있으므로, 이 결함부의 테두리에 있어서, 전계의 일그러짐(비스듬한 전계)이 발생한다. 따라서, 이 비스듬한 전계에 의해, 액정분자가 뒤틀리는 힘을 받아, 전이핵이 확실하게 발생하고, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이가 빠르게 된다.
청구항 37 기재의 발명은, 어레이기판과 대향기판의 사이의 액정층 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향의 액정셀로, 전압 무인가 시에는 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 전압 인가에 의해 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리가 행해져, 이 초기화된 밴드 배향상태로 액정표시 구동을 행하는 액티브 매트릭스형의 액정표시장치에 있어서, 1화소 내에, 전이 여기용의 횡전계 인가부를 가지고, 또한 1화소는, 화소전극의 일부 영역의 액정분자의 프리틸트각이 제1의 프리틸트각을 나타내며, 상기 화소전극에 대향하는 공통전극의 일부 영역의 액정분자의 프리틸트각이 그것보다도 큰 제2의 프리틸트각을 가지는 제1의 배향영역과, 상기 화소전극의 다른 영역의 액정분자의 프리틸트각이 제3의 프리틸트각을 나타내며, 상기 화소전극에 대향하는 공통전극의 다른 일부 영역의 액정분자의 프리틸트각이 그것보다도 작은 제4의 프리틸트각을 가지는 제2의 배향영역을 가지는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의해, 이하의 작용이 행해진다.
횡전계 인가부의 작용과, 상기 제1의 배향영역과 제2의 배향영역에서는 프리틸트각이 상위(相違)하기 때문에, 제1 및 제2의 배향영역의 사이에서 디스크 리네이션선이 발생하여, 이 디스크 리네이션선이 배향전이의 기점이 되며, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이가 촉진된다.
청구항 38 기재의 발명은, 청구항 29 기재의 액정표시장치로서, 상기 공통전극과 화소전극의 사이에, 주파수가 0.1㎐에서 100㎐의 범위이며, 또 듀티 비는 적어도 1 : 1에서 1000 : 1의 범위인 펄스모양의 전압을 인가하는 펄스전압 인가부를 가지고 있는 것을 특징으로 하고 있다.
상기 구성에 의해, 이하의 작용이 행해진다.
화소의 크기, 형상, 액정층의 두께 등에 의해 어느 정도의 상위가 있고, 펄스전압 인가부의 주파수 및 듀티 비를 상기 범위로 규제하는 것은, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이영역을 확대하기 때문이다.
상기와 같은 펄스모양의 제2의 전압을 인가하여, 전압 인가 기간과 전압을 인가하지 않는 기간을 교호 반복함으로써, 액정분자가 부동되어 전이하기 쉬운 상태로 되며, 따라서, 스플레이 배향한 액정분자가 밴드 배향으로 전이한다. 또한, 상기 주파수 및 듀티 비를 상기 범위로 규제하는 것은, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이영역을 확대하기 때문이다.
청구항 39 기재의 발명은, 한쌍의 기판 사이에 협지되는 액정층과, 기판의 외측에 배설되는 위상 보상판을 포함하며, 전압 무인가 시에는 상기 액정층은 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 전압 인가에 의해 상기 액정층의 배향상태를 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리를 행하여, 이 초기화된 밴드 배향상태로 액정표시 구동을 행하는 액정표시장치에 있어서, 표시화소 내에 주위보다도 액정층 두께가 작은 영역을 적어도 1곳 포함하고, 또 상기 영역 내의 액정층에 인가되는 전계강도가, 주위의 액정층에 인가되는 전계강도보다도 큰 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 전계강도가 큰 부분에서 전이핵의 발생이 쉽게 생기게 되며, 전이시간을 짧게 할 수 있다.
또 청구항 40 기재의 발명은, 한쌍의 기판 사이에 협지되는 액정층과, 기판의 외측에 배설되는 위상 보상판을 포함하고, 전압 무인가 시에는 상기 액정층은 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 전압 인가에 의해 상기 액정층의 배향상태를 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리를 행하여, 그 초기화된 밴드 배향상태로 액정표시 구동을 행하는 액정표시장치에 있어서, 표시화소 외에 액정층 두께의 작은 영역을 적어도 1곳 포함하며, 또 상기 영역의 액정층에 인가되는 전계강도가, 화소 내 액정층에 인가되는 전계강도보다도 큰 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해, 화소 외에서 전계 집중이 일어나고, 화소 외에 발생하는 전이핵이 화소 내로 전파한다. 따라서, 이러한 경우에 있어서도, 전이시간을 짧게 할 수 있다.
또 청구항 41 기재의 발명은, 한쌍의 기판 사이에 협지되는 액정층과, 기판의 외측에 배설되는 위상 보상판을 포함하며, 전압 무인가 시에는 상기 액정층은 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 전압 인가에 의해 상기 액정층의 배향상태를 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리를 행하여, 이 초기화된 밴드 배향상태로 액정표시 구동을 행하는 액정표시장치에 있어서, 표시화소 내에 전계 집중부위를 적어도 1곳 포함하는 것을 특징으로 한다.
또 청구항 42 기재의 발명은, 청구항 41 기재의 액정표시소자에 있어서, 상기 표시화소 내에 설치된 전계 집중부위가 액정층의 두께방향으로 부분적으로 돌출한 표시전극, 혹은 공통전극의 일부 또는, 그 양방인 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 돌출한 표시전극 구성에 의해, 전계 집중부위를 구성할 수 있다.
또 청구항 43 기재의 발명은, 한쌍의 기판 사이에 협지되는 액정층과, 기판의 외측에 배설되는 위상 보상판을 포함하며, 전압 무인가 시에는 상기 액정층은 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 전압 인가에 의해 상기 액정층의 배향상태를 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리를 행하여, 이 초기화된 밴드 배향상태로 액정표시 구동을 행하는 액정표시장치에 있어서, 표시화소 외에 전계 집중부위를 적어도 1곳 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기와 같이 표시화소 외에 전계 집중부위를 설치함으로써, 화소 외에 발생하는 전이핵이 화소 내에 전파한다. 따라서, 이러한 경우에 있어서도, 전이시간을 짧게 할 수 있다.
또 청구항 44 기재의 발명은, 청구항 43항 기재의 액정표시장치에 있어서, 상기 전계 집중부위가 액정층의 두께방향으로 부분적으로 돌출한 전극의 일부인 것을 특징으로 한다.
또 청구항 45 기재의 발명은, 한쌍의 기판 사이에 협지되는 액정층과, 기판의 외측에 배설되는 위상 보상판을 포함하며, 전압 무인가 시에는 상기 액정층은 상하 계면의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 전압 인가에 의해 상기 액정층의 배향상태를 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리를 행하여, 이 초기화된 밴드 배향상태로 액정표시 구동을 행하는 액정표시장치에 있어서, 표시전극, 혹은 공통전극의 일부, 또는 그 양방에 개구부를 가지고 있는 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해서도, 전이시간을 짧게 할 수 있다.
또 청구항 46 기재의 발명은, 청구항 45 기재의 액정표시장치에 있어서, 상기 개구부가, 스위칭소자를 포함하는 액티브 매트릭스형 액정표시장치의, 평탄화막 상에 형성한 표시전극과 이 스위칭소자와 전기적으로 접속하는 도통구인 것을 특징으로 한다.
상기 구성에 의해서도, 전이시간을 짧게 할 수 있다.
또 청구항 47 기재의 발명은, 청구항 39의 기재의 액정표시장치에 있어서, 상기 위상 보상판이, 주축이 하이브리드 배열한 마이너스의 굴절율 이방성을 가지는 광학매체로 이루어지는 위상 보상판을 적어도 1장 포함하는 위상 보상판인 것을 특징으로 한다.
또 청구항 48 기재의 발명은, 청구항 47 기재의 액정표시장치에 있어서, 상기 위상 보상판이, 적어도 1장의 플러스의 위상 보상판을 포함하는 위상 보상판인 것을 특징으로 한다.
청구항 49 기재의 발명은, 서로 대향하는 제1의 기판과 제2의 기판과의 사이에 유지된 액정에 전장을 인가하여, 상기 액정의 배향을 밴드 배향으로 전이시키는 방법으로서, 상기 액정의 스플레이 탄성정수(k11)를, 10 × 10-7dyn ≥ k11 ≥6 × 10-7dyn의 범위로 하고, 또, 상기 제1의 기판에 대한 상기 액정의 프리틸트각의 절대치를 θ1로 하고, 상기 제2의 기판에 대한 상기 액정의 프리틸트각의 절대치를 θ2로 했을 때, 1.57 rad > |θ1 - θ2| ≥ 0.0002rad 가 되는 관계를 충족하는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성으로 함으로써, 액정 전이의 임계전장을 저하시켜, 액정분자의 배향상태를, 초기상태에서 밴드 배향으로 빠르게 전이시키는 것이 가능하게 된다.
청구항 50 기재의 발명은, 서로 대향하는 제1의 기판과 제2의 기판과의 사이에 유지된 액정에 전장을 인가하여, 상기 액정의 배향을 밴드 배향으로 전이시키는 방법으로서, 상기 액정의 스플레이 탄성정수(k11)를, 10 × 10-7dyn ≥ k11 ≥6 × 10-7dyn의 범위로 하고, 또, 상기 전장이, 공간적으로 균일하게 인가되는 주전장에, 공간적으로 불균일하게 인가되는 부전장을 중첩시킨 전장이며, 상기 주전장을 E0으로 하고, 상기 부전장의 최대치를 E1으로 했을 때, 1.0 > E1/E0 > 1/100 이 되는 관계를 충족시키는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 의해서도, 액정 전이의 임계전장을 저하시켜, 액정분자의 배향상태를, 초기상태에서 밴드 배향으로 빠르게 전이시키는 것이 가능하게 된다.
청구항 51 기재의 발명은, 서로 대향하는 제1의 기판과 제2의 기판과의 사이에 유지된 액정에 저장을 인가하여, 상기 액정의 배향을 밴드 배향으로 전이시키는 방법으로서, 상기 제1의 기판에 대한 상기 액정의 프리틸트각의 절대치를 θ1으로 하고, 상기 제2의 기판에 대한 상기 액정의 프리틸트각의 절대치를 θ2로 했을 경우, 1.57rad > |θ1 - θ2| ≥0.0002rad 이 되는 관계를 충족하고, 또, 상기 전장이, 공간적으로 균일하게 인가되는 주전장에, 공간적으로 불균일하게 인가되는 부전장을 중첩시킨 전장이며, 상기 주전장을 E0으로 하고, 상기 부전장의 최대치를 E1으로 했을 때, 1.0 > E1/E0 > 1/100 이 되는 관계를 충족시키는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 의해서도, 액정 전이의 임계전장을 저하시켜, 액정분자의 배향상태를, 초기 상태에서 밴드 배향으로 빠르게 전이시키는 것이 가능하게 된다.
청구항 52 기재의 발명은, 서로 대향하는 제1의 기판과 제2의 기판과의 사이에 유지된 액정에 전장을 인가하여, 상기 액정의 배향을 밴드 배항으로 이전시키는 방법으로서, 상기 액정의 스플레이 탄성정수(k11)를 10 × 10-7dyn ≥ k11 ≥6 × 10-7dyn의 범위로 하고, 상기 제1의 기판에 대한 상기 액정의 프리틸트각의 절대치를 θ1으로 하며, 상기 제2의 기판에 대한 상기 액정의 프리틸트각의 절대치를 θ2로 했을 때, 1.57rad > |θ1 - θ2| ≥0.0002rad 이 되는 관계를 충족하고, 또, 상기 전장이, 공간적으로 균일하게 인가되는 주전장에, 공간적으로 불균일하게 인가되는 부전장을 중첩시킨 전장이며, 상기 주전장을 E0으로 하고, 상기 부전장의 최대치를 E1으로 했을 때, 1.0 > E1/E0 > 1/100 이 되는 관계를 충족시키는 것을 특징으로 한다.
이와 같은 구성에 의해서도, 액정 전이의 임계전장을 저하시켜, 액정분자의 배향상태를, 초기상태에서 밴드 배향으로 빠르게 전이시키는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기 프리틸트각은, 각 기판표면에 접하는 액정분자의 전장 인가전의 배향각이며, 기판표면에 접하는 액정분자의 분자축의, 기판에 평행한 평면에 대한 기울기를, 기판에 평행한 평면을 기준(=0)으로 하여 반시계 방향으로 플러스로 하여, -π/2 ~ π/2rad의 범위로 표시한 각도이다. 또, 상기 제1의 기판에 대한 상기 액정의 프리틸트각과, 상기 제2의 기판에 대한 상기 액정의 프리틸트각과는 서로 다른 부호의 각도이다.
또, 청구항 53 기재의 발명은, 청구항 50 기재의 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 부전장이, 상기 제1의 기판의 표면에 형성된 박막트랜지스터의 소스전극 혹은 게이트전극과, 상기 제2의 기판의 표면에 형성된 투명전극과의 사이에 인가되는 전장인 것을 특징으로 한다.
또, 청구항 54 기재의 발명은, 청구항 50 기재의 액정표시장치의 구동방법에 있어서, 상기 부전장이, 시간의 경과에 따라 감쇠 진동시킨 교류전장인 것을 특징으로 한다.
(발명을 실시하기 위한 바람직한 실시예)
본 발명은, 밴드 배향형의 OCB셀을 구비한 액정표시장치에 있어서, 이하에 서술하는 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이 메커니즘에 착안한 결과 얻어진 것이다. 따라서, 먼저, 이 전이 메커니즘에 대해 상세하게 설명한 후, 본 발명의 구체적 내용을 실시형태를 이용하여 설명하는 것으로 한다.
도 1은 밴드 배향형의 OCB셀을 구비한 액정표시장치의 일부분을 나타내는 사시도이다. 도 1을 참조하여, 밴드 배향형의 OCB셀을 구비한 액정표시장치의 구성을 간단하게 설명하면, 상호 평행하게 배선한 기판(10, 11) 사이에, 액정분자(12)를 포함하는 액정층(13)이 삽입되어 있다. 도면에는 나타내지 않지만, 기판(10, 11)의 상호 대향하는 표면에는, 각각 액정층(13)에 전계를 인가하기 위한 표시전극, 및 액정분자의 배향을 규제하기 위한 배향막이 형성되어 있다. 상기 배향막은 도면에 나타내는 바와 같이 기판 계면 부근의 액정분자(12)를 약 5 ~ 7도 프리틸트하여, 기판 면내에서의 배향방위가 상호 같은 방향으로, 즉 평행 배향이 되도록 배향처리되어 있다. 기판(10, 11) 표면에서 떨어짐에 따라 액정분자(12)는 서서히 일어서고, 액정층(13)의 두께방향의 거의 중앙에서 액정분자의 틸트각이 90도가 되는 밴드 배향으로 된다. 기판(10, 11)의 외측에는, 편광판(15, 16)과 광학보상판(17, 18)이 배치되며, 상기 2장의 편광판(15, 16)은, 편광축이 상호 직교 혹은 평행하게 배치되어, 그 편광축과 액정분자의 배향방위와는 45도의 각도가 되도록 배치되어 있다. 그리고, 고전압을 인가한 온상태와 저전압을 인가한 오프상태와의 액정층의 굴절율 이방성의 차를 이용하여, 상기 편광판, 광학보상판을 통해 그 편광상태를 변화시켜 광의 투과율을 제어하여 표시시키게 된다.
상기의 밴드 배향형의 OCB셀을 구비한 액정표시장치는, 사용 전에는 액정층이 스플레이 배향으로 되어 있기 때문에, 액정표시 구동에 앞서 전압 인가에 의해 액정층을 스플레이 배향상태에서 밴드 배향상태로 전이시켜 둘 필요가 있다.
이러한 배향전이를 위해 전이 임계전압 이상의 고전압을 인가한 경우에서의 액정층의 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이하는 배향전이의 메커니즘을 도 2에 모식적으로 나타낸다.
도 2는, 2장의 기판을 평행 배향 배치한 경우의, 액정분자를 모식적으로 도시하여 액정분자 배열을 개념적으로 나타낸 액정셀의 단면도이다.
도 2의 (a)는 초기의 스플레이 배열상태를 나타낸다. 기판 사이가 무전계 시에는, 액정층(13)의 중앙의 액정분자(12)의 장축은 기판면에 거의 평행하게 되는 에너지 상태가 낮은 스플레이 배향상태를 취하고 있다. 여기서, 설명의 편의상, 기판에 평행한 액정분자를 참조 부호(12a)로 나타내는 것으로 한다.
다음에 도 2의 (b)는, 기판(10, 11)에 형성된 전극(도시하지 않음) 사이에 높은 전압을 인가 개시했을 때의 액정분자 배열상태를 나타낸다. 액정층(13) 중의 중앙의 액정분자(12)는 전계에 의해 약간 기울어지기 시작하며, 그 결과, 기판면에 평행하게 향한 액정분자(12a)는 한쪽의 기판면(도에서는 기판(11)측으로)측을 향해 이동하여 간다.
다음에 도 2의 (c)는, 전압을 인가 후, 더욱 시간이 경과했을 때의 액정분자 배열상태를 나타낸다. 액정층(13)의 중앙의 액정분자(12)가 기판면에 대해 더욱 기울어져, 이것에 대해, 기판면에 거의 평행하게 향한 액정분자(12a)는 기판 계면 근방에 와서, 배향막으로부터의 강한 규제력을 받는다.
다음에 도 2의 (d)는, 밴드 배향으로 전이한 일단과 에너지 상태가 높은 액정분자 배열상태를 나타낸다. 액정층(13)의 중앙의 액정분자(12)는 기판면에 대해 수직으로 되며, 기판(10) 상의 배향막(도시하지 않음) 계면에 접한 액정분자는, 배향막으로부터 강한 규제력을 받아, 경사 배향상태를 유지하며, 이때 도2(a) ~ 도2(c)에 존재한 기판면에 평행하게 향한 액정분자(12a)는 거의 없어진다.
도 2의 (d)보다 더 시간이 경과하면, 상기 배향상태는 기판 사이에서 도 1에 나타내는 밴드 배향상태로 이행하여 전이는 완료한다.
이와 같이, 전압을 인가했을 때에 일어나는 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이하는 상태가 상술과 같이 생각되게 한다.
그러나, 이것이 일어나는 장소는 통상, 기판면 내의 액정층 전체에서 한번에 일어나는 일은 없고, 배향영역의 일부의 부분에서 에너지의 이동이 일어나기 쉬운 부분이며, 통상, 간극에 분산된 스페이서 주위부분이나, 배향 얼룩부 등에서 전이핵이 발생하고, 이것으로부터 밴드 배향영역이 넓어진다. 따라서, OCB셀에서 배향전이시키기 위해서는, 기판면 내의 액정층의 적어도 일부의 영역에 전이핵을 발생시키는 것과, 외부에서 에너지를 공급하여 스플레이 배향상태보다 에너지가 높은 밴드 배향상태로 전이시켜 이것을 유지시켜 둘 필요가 있다.
이와 같은 배향전이의 메커니즘을 고려한 결과, 본 발명자 등은 전이핵을 확실하게 발생시키고, 또 극히 짧은 시간으로 전이를 완료시키는 액정표시장치 및 그 제조방법, 및 액정표시장치의 구동방법을 완성하기에 이르렀다. 구체적인 내용을 실시형태에 의거하여 설명한다.
(실시형태 1)
도 3은 본 발명의 실시형태 1에 관한 액정표시장치의 구동법에 의한 화소단위의 구성 개념도를 나타낸다. 먼저, 도 3을 참조하여, 본 실시형태 1에 관한 구동방법에 관련되는 액정표시장치의 구성을 설명한다. 본 실시형태 1에 관한 액정표시장치는, 구동회로부를 제외한 구성에 관하여, 일반적인 OCB셀을 구비한 액정표시장치와 동일의 구성을 가지고 있다. 즉, 한쌍의 유리기판(20, 21)과, 유리기판(20, 21) 사이에 협지된 액정층(26)을 가진다. 유리기판(20, 21)은, 일정의 간격을 두고 대향 배치되어 있다. 유리기판(20)의 내측면에는, ITO의 투명전극으로 이루어지는 공통전극(22)이 형성되며, 유리기판(21)의 내측면에는, ITO의 투명전극으로 이루어지는 화소전극(23)이 형성되어 있다. 상기 공통전극(22) 및 화소전극(23) 상에는, 폴리이미드막으로 이루어지는 배향막(24, 25)이 형성되어 있으며, 이 배향막(24, 25)은 배향방향이 서로 평행방향이 되도록 배향 처리되어 있다. 그리고, 배향막(24, 25) 사이에는, P형의 네마틱액정으로 이루어지는 액정층(26)이 삽입되어 있다. 또, 배향막(24, 25) 상의 액정분자의 프리틸트각은 약 5도로 설정되어 있으며, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이하는 임계전압은 2,5V로 설정되어 있다. 광학보상판(29)의 리타르데이션(retardation)은 온상태 시에 흰색(白) 혹은 검은색(黑)으로 표시되도록 선택되어 있다. 또, 도 1에서, 27, 28은 편광판이다.
또, 도면중, 30은 배향전이용 구동회로이며, 31은 액정표시용 구동회로이다. 또, 32a, 32b는 스위치회로이며, 33은 스위치회로(32a, 32b)의 스위칭 태양의 전환을 제어하는 스위치 제어회로이다. 상기 스위치회로(32a)는, 2개의 개별접점(P1, P2)과, 1개의 공통접점(Q1)을 구비하고 있으며, 상기 스위치회로(32b)는, 2개의 개별접점(P3, P4)과, 1개의 공통접점(Q2)를 구비하고 있다. 공통접점(Q1)은, 스위치 제어회로(33)로부터의 스위치 전환신호(S1)에 따라, 개별접점(P1, P2)의 어느 한쪽에 접속한 상태가 된다. 마찬가지로 공통접점(Q2)은, 스위치 제어회로(33)로부터의 스위치 전환신호(S2)에 따라, 개별접점(P3, P4)의 어느 한쪽에 접속한 상태가 된다. 공통접점(Q1)이 개별접점(P1)에 접속되고 또 공통접점(Q2)이 개별접점(P3)에 접속된 상태에서는, 배향전이용 구동회로(30)로부터의 구동전압이 전극(22, 23)에 인가되게 된다. 또, 공통접점(Q1)이 개별접점(P2)에 접속되고 또 공통접점(Q2)이 개별접점(P4)에 접속된 상태에서는, 액정표시용 구동회로(33)로부터의 구동전압이 전극(22, 23)에 인가되게 된다.
이어서, 본 실시형태 1에 관한 구동방법에 대해서 설명한다.
먼저, 본래의 화상신호에 의거하는 액정표시 구동에 앞서, 밴드 배향으로의 전이를 위해, 초기화 처리를 행한다. 먼저, 전원투입에 의해, 스위치 제어회로(33)는, 스위치회로(32a, 32b)에 스위치 전환신호(S1, S2)를 출력하여, 공통접점(Q1)을 개별접점(P1)에 접속하고 또 공통접점(Q2)을 개별접점(P3)에 접속한 상태가 된다. 이것에 의해, 배향전이용 구동회로(30)에서 도 4에 나타내는 구동전압이 전극(22, 23) 사이에 인가된다. 이 구동전압은, 도 4에 나타내는 바와 같이 교류 구형파 전압(A)이 바이어스 전압(B)과 중첩된 교류전압이며, 더욱이 구동전압의 값은, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이를 발생시키기 위해 필요한 최소의 전압인 임계전압보다도 큰 전압치로 설정되어 있다. 이와 같은 구동전압의 인가에 의해, 단순한 교류전압을 인가하는 종래예보다도 특별히 전이시간을 짧게 하는 것이 가능하게 된다. 또한, 전이시간이 짧게 되는 이유에 대해서는 후술한다. 이렇게 해서, 밴드 배향으로의 전이에 관한 초기화 처리가 완료한다.
계속해서, 전극 전면이 완전하게 밴드 배향으로 전이하는 전이시간이 경과하면, 스위치 제어회로(33)는 공통접점(Q1)을 개별접점(P2)측으로 전환하는 전환신호(S1)를 스위치회로(32a)에 출력함과 동시에, 공통접점(Q2)을 개별접점(P4)측으로 전환하는 전환신호(S2)를 스위치회로(32b)에 출력한다. 이것에 의해, 공통접점(Q1)과 개별접점(P2)이 접속되고, 또 공통접점(Q2)과 개별접점(P4)이 접속된 상태로 되며, 액정표시용 구동회로(31)로부터의 구동 신호전압이 전극(22, 23) 사이에 인가되어, 희망하는 화상이 표시되게 된다. 여기서, 액정표시용 구동회로(31)는, 30㎐의 구형파 전압(2.7V)으로 밴드 배향상태를 유지하여 이것을 오프상태하고, 30㎐의 구형파 전압(7V)을 온상태로 하여, OCB패널을 표시한다.
계속해서, 본 발명자가, 상기 구성의 액정표시장치를 제작하여, 상기 구동방법으로 초기화 처리의 실험을 행했으므로, 그 결과를 서술한다. 또한, 실험조건은 이하와 같다.
전극면적을 2㎠로 하고, 셀갭을 약 6㎛하며, 교류 구형파 전압(A)의 주파수를 30㎐, 진폭을 ±4V로 했다.
*상기 조건하에서, 바이어스 전압(B)을 0V, 2V, 4V, 5V의 4종류의 전압으로 설정한 경우의 각각의 전이시간을 측정했으므로, 그 결과를 도 5에 나타낸다. 여기서, 전이시간이란, 전극 면적의 전영역에서 배향의 전이가 완료되는데 필요한 시간을 의미한다.
도 5에서 명백한 바와 같이, 바이어스 전압(B)이 0V 일때, 전이시간은 140초 필요했다. 이것에 대해, 바이어스 전압(B)을 4V로 하면, 전이시간은 8초로 되어 단축되었다. 이것은, 바이어스 전압의 중첩에 의해, 바이어스 전압에 의해 액정층의 액정분자 배향이 흔들려 기판 사이에서 도 2의 (d)와 같이 치우침이 발생하여 보다 많은 전이핵이 발생하고, 또한 실효전압의 업(up)으로 전이시간이 빠르게 되었다고 생각할 수 있다.
이상과 같이, 바이어스 중첩된 교류전압을 연속 인가함으로써, 단순한 교류전압 인가의 경우보다, 전이시간을 단축할 수 있다.
상기 실험예에서는, 교류 구형파 전압신호는 주파수 30㎐이고, ±4V의 값이었지만 본 발명은 이것에 한정되지 않고, 액정이 동작하는 주파수라면 좋으며 예를 들어 10㎑ 등의 값이라도 좋으며, 또 교류전압(A)의 진폭을 증대하면 전이시간이 빠르게 되는 것은 당연하다. 이때, 바이어스 전압(B)을 높게 중첩하면 할 수록 빠르게 된다. 단, 구동전압의 저전압화를 고려하면, 바이어스 전압은 희망하는 전이시간에 따른 최적의 전압 레벨로 설정하는 것이 바람직하다. 또, 파형으로서 구형파를 이용하였지만, 듀티 비가 다른 교류파형을 이용하여도 된다.
(실시형태 2)
도 6은 실시형태 2에 관한 액정표시장치의 화소단위의 구성 개념도이다. 본 실시형태 2에서는, 바이어서 전압을 중첩한 교류전압을 상기 기판 사이에 인가하는 공정과, 상기 기판 사이를 전기적으로 개방상태(오픈상태)로 하는 공정을 교호 반복하여, 액정층을 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 실시형태 2에 관한 액정표시장치에 있어서, 상기 실시형태 1에 관한 액정표시장치와 동일 구성부분에는, 동일의 참조부호를 붙여 설명은 생략한다. 본 실시형태 2에서는, 실시형태 1의 배향전이용 구동회로(30), 스위치회로(32a), 및 스위치 제어회로(32)를 대신해, 배향전이용 구동회로(40), 스위치회로(42a), 및 스위치 제어회로(43)가 이용된다. 스위치회로(42a)는, 개별접점(P1, P2)에 더하여 개별접점(P5)을 구비한 3단자 전환스위치회로이다. 이 스위치회로(42a)의 스위치 전환은, 스위치 제어회로(43)에 의해 제어되어 있다. 또, 상기 배향전이용 구동회로(40)는, 도 7에 나타내는 구동전압을 기판(22, 23) 사이에 인가한다. 이 구동전압은, 도 7에 나타내는 바와 같이 교류 구형파 전압(C)이 바이어스 전압(D)과 중첩된 교류전압이며, 더욱이 구동전압의 값은, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이를 발생시키기 위해 필요한 최소의 전압인 임계전압보다도 큰 전압치로 설정되어 있다.
또한, 스위치회로(42a)의 공통접점(Q1)은, 스위치 제어회로(42)로부터의 스위치 전환신호(S3)에 의해, 개별접점(P1, P2, P5)의 어느 하나에 접속한 상태가 된다. 공통접점(Q1)이 개별접점(P5)에 접속한 상태에서는, 전극(22, 23)이 배향전이용 구동회로(40)로부터 분리된 오픈상태가 된다. 공통접점(Q1)이 개별접점(P1)에 접속되고 또 공통접점(Q2)이 개별접점(P3)에 접속된 상태에서는, 배향전이용 구동회로(40)로부터의 구동전압이 전극(22, 23)에 인가되게 된다. 또, 공통접점(Q1)이 개별접점(P2)에 접속되고 또 공통접점(Q2)이 개별접점(P4)에 접속된 상태에서는, 액정표시용 구동회로(31)로부터의 구동전압이 전극(22, 23)에 인가되게 된다.
계속해서, 본 실시형태 2에 관한 구동방법에 대해서 설명한다.
먼저, 본래의 화상신호에 의거하는 액정표시 구동에 앞서, 밴드 배향으로의 전이를 위해, 초기화 처리를 행한다. 먼저, 전원투입에 의해, 스위치 제어회로(43)는, 스위치회로(42a)에 스위치 전환신호(S3)을 출력함과 동시에, 스위치회로(32b)에 스위치 전환신호(S2)를 출력하고, 공통접점(Q1)과 개별접점(P1)을 접속상태로 하며, 또 공통접점(Q2)과 개별접점(P3)를 접속상태로 한다. 이것에 의해, 배향전이용 구동회로(30)에서 도 7에 나타내는 구동전압이 전극(22, 23) 사이에 인가된다. 그리고, 일정 기간(T2) 경과하면, 스위치 제어회로(43)는, 스위치회로(42a)에 스위치 전환신호(S3)을 출력하고, 공통접점(Q1)과 개별접점(P5)을 접속상태로 한다. 이것에 의해, 전극(22, 23)은, 배향전이용 구동회로(40)로부터 분리되어 오픈상태가 된다. 이와 같은 오픈상태가 기간(W2) 유지되어, 이 오픈상태 기간(W2) 중, 전극(22, 23) 사이는 충전유지상태가 된다.
오픈상태 기간(W2)을 경과하면, 스위치 제어회로(43)는, 스위치회로(42a)에 스위치 전환신호(S3)를 출력하고, 공통접점(Q1)과 개별접점(P1)을 재차 접속상태로 한다. 그리고, 이와 같은 배향전이용 구동과 오픈상태를 교호 반복하여, 전원투입 시부터 일정기간 경과하면, 전극 전면이 완전하게 밴드 배향으로 전이한다.
그리고, 이 일정기간 경과시에, 스위치 제어회로(43)는, 스위치회로(42a)에 스위치 전환신호(S3)를 출력함과 동시에, 스위치회로(32b)에 스위치 전환신호(S2)를 출력하고, 공통접점(Q1)과 개별접점(P2)을 접속상태로 하며, 또 공통접점(Q2)과 개별접점(P43)을 접속상태로 한다. 이것에 의해, 액정표시용 구동회로(31)로부터의 구동신호전압이 전극(20, 21) 사이에 인가되어, 희망하는 화상이 표시되게 된다. 여기서, 액정표시용 구동회로(31)는, 상기 실시형태 1과 마찬가지로 30㎐의 구형파 전압(2.7V)으로 하고 밴드 배향상태를 유지하여 이것을 오프상태로 하며, 30㎐의 구형파 전압(7V)을 온상태로 하여, OCB패널을 표시한다.
계속해서, 본 발명자가, 상기 구성의 액정표시장치를 제작하고, 상기 구동방법으로 초기화 처리의 실험을 행했으므로, 그 결과를 서술한다. 또한, 실험조건은 이하와 같다.
전극면적을 2㎠로 하고, 셀갭을 약 6㎛하며, 바이어스 전압(B)을 2V로 하고, 교류 구형파 전압(D)의 주파수 및 진폭을 30㎐, ±4V로 하며, 인가시간(T2)을 2초로 고정했다.
상기 조건하에서, 오픈상태 시간(W2)을 0초, 0.2초, 2초, 3초로 변화시켜, 전압인가상태와 오픈상태를 교호 반복했을 때의 전이시간을 측정했으므로, 그 결과를 도 8에 나타낸다. 여기서, 전이시간이란, 전극 면적의 전영역에서 배향의 전이가 완료하는데 필요한 시간을 의미한다.
도 8에서 명백한 바와 같이, 오픈상태 시간(W2)이 0초 즉 바이어스 전압을 중첩한 교류전압을 연속적으로 인가했을 때, 전이시간은 80초 필요했다. 이것에 비해, 오픈상태 시간(W2)을 0.2초로 하고, 상기 바이어스 중첩된 교류전압과 교호 전환 반복하면, 전이시간은 40초로 시간이 단축했다. 그러나 오픈상태 시간(W2)을 2초로 하면 반대로 전이시간은 420초로 길게 되고, 또 W2를 3초로 하면 전이를 완료할 수 없었다.
또, 인가시간(T2)을 0.3초, 오픈상태 기간(W2)를 0.3초로 한 이외에는 상기 실험예와 동일 조건에서 전이시간을 측정하면, 전이시간은 28초이었다.
즉, T2를 2초로 고정하고, W2를 0.1초 이상, 0.5초 이하로 설정한 경우, 양호한 결과를 얻을 수 있다.
이상과 같이 바이어스된 교류전압과 오픈상태를 전환 반복하는 것에 의해, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 상태 전이시간이 극히 짧게 된 것은, 이하의 이유에 의한 것이라고 생각할 수 있다. 즉, 바이어스 중첩된 교류전압 인가에서, 액정층의 액정분자 배향이 흔들려 기판 사이에서 도 2의 (d)와 같이 치우침이 발생하여 흐트러지고, 다음에 짧은 오픈상태로의 전환으로 전이핵이 발생하여, 전이시간이 빠르게 된다고 생각 할 수 있다.
상기에서 바이어스 중첩된 교류전압을 인가하는 공정의 앞이든 뒤든, 또 다른 전압신호를 가하고, 다음에 오픈상태를 넣어도 그 효과를 얻을 수 있다.
또, 바이어스 전압이나 교류전압의 전압치, 인가시간이나 오픈상태의 유지시간 등은 요망되는 전이시간에 의해 선택할 수 있다. 교류전압의 주파수는 액정이 동작하는 주파수이면 좋고, 예를 들어 10㎑ 등의 값이라도 좋다. 파형으로서 구형파를 이용하였지만, 듀티 비가 다른 교류파형을 이용해도 좋다.
(실시형태 3)
도 9는 실시형태 3에 관한 액정표시장치의 화소단위의 구성 개념도이다. 본 실시형태 3에서는, 바이어스 전압을 중첩한 교류전압을 상기 기판 사이에 인가하는 공정과, 상기 기판 사이에 0 전압 혹은 저전압을 인가하는 공정을 교호 반복하여, 액정층을 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 것을 특징으로 하는 것이다.
본 실시형태 3에 관한 액정표시장치에 있어서, 상기 실시형태 2에 관한 액정표시장치와 동일 구성부분에는, 동일의 참조부호를 붙여 설명은 생략한다. 본 실시형태 3에서는, 실시형태 2의 스위치회로(32b), 및 스위치 제어회로(43)를 대신해, 스위치회로(42b), 및 스위치 제어회로(53)가 이용된다. 또, 본 실시형태 3에서는, 배향전이용 구동회로(40)에 더하여, 전극(22, 23) 사이에 저전압을 인가하는 배향전이용 구동회로(50)가 설치되어 있다.
상기 스위치회로(42b)는, 개별접점(P3, P4)에 더하여 개별접점(P6)을 구비한 3단자 전환 스위치회로이다. 이 스위치회로(42b)의 스위치 전환은, 스위치 제어회로(53)에 의해 제어되고 있다. 또한, 스위치회로(42b)의 공통접점(Q2)은, 스위치 제어회로(53)로부터의 스위치 전환신호(S4)에 의해, 개별접점(P3, P4, P6)의 어느 하나에 접속한 상태가 된다.
공통접점(Q1)이 개별접점(P5)에 접속되고, 또 공통접점(Q2)이 개별접점(P3)에 접속된 상태에서는, 배향전이용 구동회로(40)에서의 구동전압이 전극(22, 23)에 인가되게 된다. 또, 공통접점(Q1)이 개별접점(P5)에 접속되고, 또 공통접점(Q2)이 개별접점(P6)에 접속된 상태에서는, 배향전이용 구동회로(50)에서의 구동전압이 전극(22, 23)에 인가되게 된다. 또한 공통접점(Q1)이 개별접점(P2)에 접속되고 또 공통접점(Q2)이 개별접점(P4)에 접속된 상태에서는, 액정표시용 구동회로(31)에서의 구동전압이 전극(22, 23)에 인가되게 된다.
계속해서, 본 실시형태 3에 관한 구동방법에 대해서 설명한다.
먼저, 본래의 화상신호에 의거하는 액정표시 구동에 앞서, 밴드 배향으로의 전이를 위해, 초기화 처리를 행한다. 먼저, 전원투입에 의해, 스위치 제어회로(53)는, 스위치회로(42a)에 스위치 전환신호(S3)를 출력함과 동시에, 스위치회로(42b)에 스위치 전환신호(S4)를 출력하고, 공통접점(Q1)과 개별접점(P1)을 접속상태로 하며, 또 공통접점(Q2)와 개별접점(P3)을 접속상태로 한다. 이것에 의해, 배향전이용 구동회로(40)에서 도 10에 나타내는 구동전압이 전극(22, 23) 사이에 인가된다. 그리고, 일정기간(T3) 경과하면, 스위치 제어회로(53)는, 스위치회로(42a)에 스위치 전환신호(S3)를 출력함과 동시에, 스위치회로(42b)에 스위치 전환신호(S4)를 출력하며, 공통접점(Q1)과 개별접점(P5)를 접속상태로 하고, 또 공통접점(Q2)과 개별접점(P6)을 접속상태로 한다. 이것에 의해, 배향전이용 구동회로(50)에서 도 10에 나타내는 저전압이 전극(22, 23) 사이에 인가된다. 이와 같은 저전압 인가가, 기간(W3) 유지된다.
계속해서, 저전압 인가 기간(W3) 경과하면, 스위치 제어회로(53)는 스위치회로(42a)에 스위치 전환신호(S3)를 출력함과 동시에 스위치회로(42b)에 스위치 전환신호(S4)를 출력하고, 재차, 공통접점(Q1)과 개별접점(P1)을 접속상태로 하며 또 공통접점(Q2)과 개별접점(P3)을 접속상태로 한다. 그리고, 이와 같은 교류전압 인가공정과 저전압 인가공정을 교호 반복하여, 전원투입 시부터 일정기간 경과하면, 전극 전면이 완전하게 밴드 배향으로 전이한다.
그리고, 이 일정기간 경과시에, 스위치 제어회로(53)는, 스위치회로(42a)에 스위치 전환신호(S3)를 출력함과 동시에, 스위치회로(42b)에 스위치 전환신호(S4)를 출력하고, 공통접점(Q1)과 개별접점(P2)을 접속상태로 하며, 또 공통접점(Q2)과 개별접점(P43)을 접속상태로 한다. 이것에 의해, 액정표시용 구동회로(31)에서의 구동신호전압이 전극(20, 21) 사이에 인가되어, 희망하는 화상이 표시되게 된다. 여기서, 액정표시용 구동회로(31)는, 상기 실시형태 1과 마찬가지로 30㎐의 구형파 전압(2.7V)으로 하여 밴드 배향상태를 유지하고 이것을 오프상태로 하며, 30㎐의 구형파 전압(7V)을 온상태로 하여, OCB패널을 표시한다.
계속해서, 본 발명자가, 상기 구성의 액정표시장치를 제작하고, 상기 구동방법으로 초기화 처리의 실험을 행했으므로, 그 결과를 서술한다. 또한, 실험조건은 이하와 같다.
전극면적을 2㎠로 하고, 셀갭을 약 6㎛로 하며, 바이어스 전압(D)을 2V로 하며, 교류 구형파 전압(C)의 주파수 및 진폭을 주파수 30㎐, ±4V로 하고, 인가시간(T3)을 1초로 고정했다. 또, 저전압 인가기간(W3) 중의 인가전압을 -2V의 직류전압으로 했다.
상기 조건하에서, 저전압 인가기간(W3)을 변화시켜, 교류전압 인가상태와 인가전압 인가상태를 교호 반복했을 때의 전이시간을 측정했으므로, 그 결과를 도 11에 나타낸다.
도 11에서 명백한 바와 같이, 저전압 인가시간이 0초 즉 바이어스 전압을 중첩한 교류전압을 연속적으로 인가했을 때, 전이시간은 약 80초 필요했다. 이것에 비해, 저전압 인가시간(W3)을 0.1초로 하고 상기 바이어스 중첩된 교류전압과 교호 전환 반복하면, 전이시간은 60초로 시간을 단축했다. 그러나, 저전압 인가시간(W3)을 1초로 하면 반대로 전이시간은 360초로 길게 되며, 또 W3을 3초로 하면 전이를 완료할 수 없었다.
또, 바이어스 전압을 2V 중첩한 교류전압(±4V)과 직류전압(0V)과의 전환 반복에서는 최단으로 50초내로 전이가 완료했다. 또, 바이어스 2V 중첩한 교류전압(±4V)과 교류저전압(±2V)과의 전환 반복에서는 최단으로 50초 이내의 전이시간이 얻어진다.
즉, T3을 1초로 고정하고, W2를 0.1초 이상, 0.5초 이하로 설정했을 경우, 양호한 결과를 얻을 수 있다.
이상과 같이 바이어스 중첩한 교류전압을 단순히 연속인가한 경우보다도, 바이어스 중첩된 교류전압 인가와 저전압 인가를 전환 반복함으로써, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이시간이 짧게 된다. 이것은, 바이어스 중첩된 교류전압 인가에서, 액정층의 액정분자 배향이 흔들려 기판 사이에서 도 2의 (d)와 같이 치우침이 발생하여 흐트러지고, 다음에 짧은 저전압 인가상태로의 전환에서 전이핵이 발생하여, 전이시간이 빠르게 되었다고 생각할 수 있다.
또, 바이어스 전압이나 교류전압의 전압치, 인가시간이나 저전압치, 인가시간 등은 상기 값이 아니고, 요망되는 전이시간에 의해 선택하여 바꿀 수 있다. 교류전압의 주파수는 액정이 동작하는 주파수이면 좋고, 예를 들면 10㎑ 등의 값이라도 좋다. 파형으로서 구형파를 이용하였지만, 듀티 비가 다른 교류파형을 사용해도 좋다.
또, 상기 예에서는, 저전압 인가기간(W3) 중에서 -2V의 저전압을 인가하도록 했지만, 0V를 인가하도록 해도 좋다.
계속해서, 교류전압 인가기간(T3)과 저전압 인가기간(W3)의 비, 및 1초 당의 교류전압 인가와 저전압 인가의 반복 회수에 대해서 설명한다. 여기서, 설명의 편의상, 저전압 인가기간(W3)에서의 전압을 0V로 하고, 교류전압 인가와 0V 인가의 교호의 반복을, 도 10의 파선(L)으로 나타내는 바와 같이 1개의 전이전압으로 생각한다. 이러한 경우에, 전이시간을 짧게 하기 위해서는, 전이전압(L)의 주파수는, 0.1㎐에서 100㎐의 범위이고, 또 전이전압(L)의 듀티 비는 1 : 1 에서 1000 : 1의 범위로 설정할 필요가 있다. 또한, 전이전압(L)의 주파수는, 0.1㎐에서 10㎐의 범위이고, 또 전이전압(L)의 듀티 비는 2 : 1에서 1000 : 1의 범위로 하는 것이, 바람직하다. 이하에 그 이유에 대해 상세히 서술한다.
전이는 반복 인가전압의 듀티 비가 1 : 1 에서 1 : 10의 범위에서는, 펄스 폭 인가로 전이핵이 발생해도, 그 후의 펄스 간격의 전압인가 휴지상태에서 소정의 완화시간으로 스플레이 배향으로 되돌아가, 전이가 완료되지 않은 것으로 생각 할 수 있다. 전이영역을 확대하기 위해서는, 듀티 비는 펄스폭이 펄스 간격보다 넓게 되는 1 : 1 에서 1000 : 1의 범위, 바람직하게는 2 : 1 에서 100 : 1 이 좋다. 1000 : 1 에서 직류연속에서는, 펄스 반복 인가가 거의 없어지는 방향이므로, 전이핵 발생의 기회가 감소해 가고 전이가 약간 길게 되는 것으로 생각 할 수 있다.
또, 전이용 전압인가의 상기 반복 주파수는, 연속적으로 100㎐ 정도까지 좋지만, 바람직하게는 전이확대에는 100㎳ 정도 이상의 펄스 폭이 얻어지는 10㎐에서, 듀티 비 1000 : 1에서 10㎳ 정도 이상의 펄스 간격이 얻어지는 0.1㎐ 까지가 좋다.
또한, 본 발명자는, 직류 -15V와 0V의 교호의 반복조건에서, 반복 주파수 및 듀티 비를 변화시켜 액정셀에 전압인가한 경우의 전이시간을 측정했으므로, 그 결과를 표1에 나타낸다.
[표 1]
표1에서 명백한 바와 같이, 주파수가 0.1㎐에서 10㎐의 범위이고 또 듀티 비가 2 : 1에서 1000 : 1의 범위의 경우에 전이시간이 극히 작고, 주파수가 0.1㎐에서 100㎐의 범위이며 또 듀티 비가 1 : 1 에서 1000 : 1의 범위의 경우이더라도, 충분히 작은 전이시간으로 되어 있는 것이 인정된다.
(실시형태 4)
도 12는 실시형태 4에 관한 액정표시장치의 화소단위의 구성 개념도이다. 본 실시형태 4에서는, 본 발명을 액티브 매트릭스형 액정표시장치의 구동방법에 적용한 예가 나타나 있다.
먼저, 도 12를 참조하여, 본 실시형태 4에 관한 구동방법에 관련하는 액정표시장치의 구성을 설명한다. 본 실시형태 4에 관한 액정표시장치는, 구동회로부를 제외한 구성에 관해, 일반적인 OCB셀을 구비한 액티브 매트릭스형 액정표시장치와 동일의 구성을 가지고 있다. 즉, 한쌍의 유리기판(60, 61)과, 유리기판(60, 61) 사이에 협지(挾持)된 액정층(66)을 가진다. 유리기판(60, 61)은, 일정의 간격을 두고 대향배치되어 있다. 유리기판(60)의 내측면에는, ITO의 투명전극으로 이루어지는 공통전극(62)이 형성되고, 유리기판(61)의 내측면에는, 화소 스위치소자로서의 박막트랜지스터(TFT)(70)와, TFT(70)에 접속한 ITO의 투명전극으로 이루어지는 화소전극(63)이 형성되어 있다. 상기 공통전극(62) 및 화소전극(63) 상에는, 폴리이미드막으로 이루어지는 배향막(64, 65)이 형성되어 있으며, 이 배향막(64, 65)은 배향방향이 서로 평행방향이 되도록 배향처리되어 있다. 그리고, 배향막(64, 65) 사이에는, P형의 네마틱 액정으로 이루어지는 액정층(66)이 삽입되어 있다. 또, 배향막(64, 65) 상의 액정분자의 프리틸트각은 약 5도로 설정되어 있으며, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이하는 임계전압은 2.6V로 설정되어 있다. 광학보상판(67)의 리타르데이션은 온상태 시에 흰색(白) 혹은 검은색(黑)으로 표시되도록 선택되어 있다. 또, 도면중, 68, 69는 편광판이다.
또, 도면중, 71, 72는 배향전이용 구동회로이며, 이 배향전이용 구동회로(71)는 공통전극(62)에 도 14에 나타내는 공통전극 중심을 기준으로 하여 구동전압을 인가하고, 또 화소전극(63)에 0V를 인가하는 동작을 한다. 또한, 다른 구성으로서, 배향전이용 구동회로(72)는, 공통전극(62) 및 화소전극(63)에 0V를 인가하는 동작을 한다. 또, 73은 액정표시용 구동회로이며, 액정표시용 구동회로(73)는 도 13에 나타내는 전압파형을 가지는 구동전압을 공통전극(62) 및 화소전극(63)에 인가하는 동작을 한다. 즉, 액정표시용 구동회로(73)는, 도 13의 참조부호(M1)에 나타내는 전압을 회소전극(63)에 인가하고, 또 도 13의 참보부호(M2)에 나타내는 전압을 공통전극(62)에 인가한다. 또한 상기 구성에서는, 배향전이 기간 중에서, 화소전극(63)에 0V를 인가하도록 했지만, 이것 대신에, 배향전이 기간 중에서도 액정표시용 구동회로(73)에서 화소전극 전압을 인가하도록 해도 된다.
또, 74a, 74b는 스위치회로이며, 75는 스위치회로(74a, 74b)의 스위칭 태양의 전환을 제어하는 스위치 제어회로이다. 상기 스위치회로(74a)는 3개의 개별접점(P7, P8, P9)과, 1개의 공통접점(Q1)을 구비하고 있으며, 상기 스위치회로(74b)는, 3개의 개별접점(P10, 11, 12)과, 1개의 공통접점(Q2)을 구비하고 있다. 공통접점(Q1)이 개별접점(P7)에 접속되고 또 공통접점(Q2)이 개별접점(P10)에 접속된 상태에서는, 배항전이용 구동회로(71)에서의 구동전압이 전극(62, 63)에 인가되게 된다. 또, 공통접점(Q1)이 개별접점(P2)에 접속되고 또 공통접점(Q2)이 개별접점(P4)에 접속된 상태에서는, 액정표시용 구동회로(73)에서의 구동전압이 전극(62, 63)에 인가되게 된다.
이어서, 본 실시형태 4에 관한 구동방법에 대해서 설명한다.
먼저, 본래의 화상신호에 의거하는 액정표시 구동에 앞서, 밴드 배향으로의 전이를 위해, 조기화 처리를 행한다. 먼저, 전원투입에 의해, 스위치 제어회로(75)는, 스위치회로(74a)에 스위치 전환신호를 출력함과 동시에, 스위치회로(74b)에 스위치 전환신호를 출력하고, 공통접점(Q1)과 개별접점(P7)을 접속상태로 하며, 또 공통접점(Q2)과 개별접점(P10)을 접속상태로 한다. 이것에 의해, 배향전이용 구동회로(71)에서 도 14에 나타내는 구동전압이 공통전극(62)에 인가된다. 즉, 공통전극(62)에는, 공통전극 중심을 기준으로 하여, 바이어스 전압(-GV)이 중첩된, 수직 동기신호에 동기한 교류전압이 인가된다. 또한 화소전극에는 0V가 인가된다. 그리고, 이 교류전압의 인가를 기간(T4) 유지한다.
계속해서, 교류전압 인가기간(T4)이 경과하면, 스위치 제어회로(75)는, 스위치회로(74a)에 스위치 전환신호를 출력함과 동시에, 스위치회로(74b)에 스위치 전환신호를 출력하고, 공통접점(Q1)과 개별접점(P9)을 접속상태로 하며, 또 공통접점(Q2)과 개별접점(P12)을 접속상태로 한다. 이것에 의해, 배향전이용 구동회로(72)에서, 도 14에 나타내는 바와 같이 공통전극(62) 및 화소전극(63)에 0V가 인가된다. 그리고, 이 0V 전압인가를 기간(W4) 유지한다.
계속해서, 0V 전압 인가기간(W4)을 경과하면, 스위치 제어회로(75)는 스위치회로(74b)에 스위치 전환신호를 출력함과 동시에 스위치회로(74b)에 스위치 전환신호를 출력하고, 재차, 공통접점(Q1)과 개별접점(P7)을 접속상태로 하며 또 공통접점(Q2)과 개별접점(P10)을 접속상태로 한다. 그리고, 이와 같은 교류전압 인가공정과 0V 전압 인가공정을 교호 반복하여, 전원투입 시부터 일정기간 경과하면, 전극 전면이 완전하게 밴드 배향으로 전이한다.
그리고, 이 일정기간 경과 시에, 스위치 제어회로(75)는, 스위치회로(74a)에 스위치 전환신호를 출력함과 동시에, 스위치회로(74b)에 스위치 전환신호를 출력하고, 공통접점(Q1)과 개별접점(P8)을 접속상태로 하며, 또 공통접점(Q2)과 개별접점(P11)을 접속상태로 한다. 이것에 의해, 액정표시용 구동회로(73)에서의 구동신호전압이 전극(62, 63)에 인가되어, 희망하는 화상이 표시되게 된다. 여기서, 액정표시용 구동회로(73)는, 양 전극간에 밴드 배향상태를 유지하는 구동전압(2.7V)을 최저로 하여 이것을 오프상태로 하고, 상한의 전압을 7V로 하여 이것을 온상태로 해서, OCB패널을 표시한다.
상기 구동방법에 의해, 광시야이며 고속응답의 밴드 배향형인 OCB의 액티브 매트릭스형의 액정표시장치가 배향 결함이 전혀 없고 고품질 구동표시 되었다.
이어서, 본 발명자가, 상기 구성의 액정표시장치를 제작하고, 상기 구동방법으로 초기화 처리의 실험을 행했으므로, 그 결과를 서술한다. 또한, 실험조건은 이하와 같다.
셀갭을 약 6㎛로 하고, 바이어스 전압(G)을 -6V로 하며, 교류 구형파 전압의 주파수 및 진폭을 7.92㎑, ±10V로 하며, 인가시간(T3)을 0.5초로 했다. 또, 0V 전압 인가기간(W4)을 0.5초로 했다.
상기 실험결과에 의하면, 상기 액정표시장치의 패널 전(全)화소 내의 배향전이가 거의 2초 이내로 완료할 수 있었다.
또한, 바이어스 전압을 중첩하지 않을 때에는, 표시면 전체의 배향상태를 전이시키는데 약 20초 필요하였다. 따라서, 본 실시형태 4에 있어서도, 바이어스 전압을 중첩하여 구동하는 것이, 전이시간의 단축화를 달성할 수 있는 것이 인정된다.
(실시형태 5)
OCB모드의 액티브 매트릭스형 액정표시장치의 배향전이에 관한 구동방법으로서는, 상기의 도 14에 나타내는 구동전압 파형 대신에, 도 15의 구동전압 파형을 이용하여 구동하도록 해도 좋다. 즉, 교류전압 인가기간(T4)에서는, 공통전극(62)에 공통전극 중심을 기준으로 하여, 직류전압(-15V)을 0.5초간 인가한다. 이어서, 0V 전압 인가기간(W4)에서는, 0V를 0.2초간 인가한다. 그리고, 직류전압(-15V) 인가와 0V 전압 인가를 교호 반복한다. 이와 같은 구동방법에 있어서도, 전이를 확실하게 또 극히 단시간에 완료할 수 있다.
또한, 본 발명자가 상기 구동방법을 이용하여 실험한 결과, 2초 이내의 전이시간이 얻어졌다.
(실시형태 6)
본 실시형태 6은, 상기 실시형태 4, 5에 이용한 액티브 매트릭스형의 액정표시장치 대신에, 스위칭소자 상에 평탄화막을 배치하고, 그 위에 화소전극을 구성하는 평탄화막 구성의 액정표시장치에 상기 실시형태 4, 5의 구동방법을 적용한 것을 특징으로 한다. 구동방법을 구체적으로 설명하면, 상기 실시형태 4에서의 바이어스 중첩한 배향전이용 전압을 0.5초 인가하고, 이어서, 오픈상태를 0.5초로 하며, 이것을 교호 반복하였다. 이 구동방법에 의하면, 전이시간은 1초 이내로 더욱 전이가 원할하게 행하였다. 이것은, 평탄화막 구성에 의해, 화소전극 간격을 작게 할 수 있고, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 원활하게 전이한 것으로 생각할 수 있다.
(그외의 사항)
① 상기 실시형태에서는, 바이어스 전압을 중첩한 교류전압을 인가하도록 했지만 직류전압을 인가하도록 해도 좋고, 이와 같이 하면, 편극성 전압으로 좋기 때문에, 구동회로가 간략화할 수 있다. ② 상기 실시형태에서는, 바이어스 전압을 중첩된 교류전압 신호는 바이어스 전압을 직류로 하여 설명했지만, 신뢰성 향상을 위해, 저주파의 교류신호라도 좋다. ③ 반복 전압의 주파수 및 듀티 비의 최적범위는, 실시형태 3 이외의 다른 실시형태에서도 적용할 수 있다. ④ 상기 실시형태에서는, 발명의 액정표시장치의 구동법은 투과형 액정표시장치로 설명했지만, 반사형의 액정표시장치라도 좋다. 또, 컬러필터를 사용한 풀컬러형의 액정표시장치나, 컬러필터리스의 액정표시장치라도 좋다.
(실시형태 7)
도 16은 본 발명의 실시형태 7에 관한 액정표시장치의 개략 단면도, 도 17은 같은 개략 평면도를 나타낸다.
도 16에 나타내는 액정표시장치는, 편광판(101 ·102)과, 이 편광판(101)의 내측에 배치된 광학 보상용의 위상 보상판(103)과, 상기 편광판(101 ·102)의 사이에 배치된 액티브 매트릭스형의 액정셀(104)을 가진다.
상기 액정셀(104)은, 유리 등으로 이루어지는 어레이기판(106)과, 이 어레이기판(106)에 대향하는 대향기판(105)을 가지고, 상기 어레이기판(106)의 내면상에는 투명전극인 화소전극(108)이 형성되어, 상기 대향기판(105)의 내면상에는 공통전극(107)이 형성되어 있다. 또한, 이 화소전극(108) 상에 배향막(110)이 형성되며, 공통전극(107) 상에는 배향막(109)이 형성되어 있다.
또, 상기 어레이기판(106) 상에는, 예를 들면 a-Si계의 TFT소자 등으로 이루어지는 스위칭소자(111)가 배치되며, 이 스위칭소자(111)는 상기 화소전극(108)에 접속되어 있다.
또, 상기 배향막(109 ·110)의 사이에는, 도시하지 않는 직경 5미크론의 스페이서, 및 플러스의 유전율 이방성의 네마틱 액정재료로 이루어지는 액정층(112)이 배치되어 있다. 또, 상기 배향막(109 ·110)은 그 표면상의 액정분자의 프리틸트각이 정부 반대의 값을 가지며, 서로 거의 평행방행으로 이루어지도록 동일 방향으로 평행 배향처리되어 있다. 따라서, 상기 액정층(112)은, 무전압 인가상태에서는 액정분자가 비스듬하게 퍼진 배향영역으로 이루어지는 이른바 스플레이 배향을 형성하고 있다.
또, 상기 배향막(110)은, 큰 값의 프리틸트각(B2)(제3의 프리틸트각)의 배향막(110a)과, 작은 값의 프리틸트각(A2)(제1의 프리틸트각)의 배향막(110b)으로 이루어진다. 또, 상기 배향막(109)은, 작은 값의 프리틸트각(D2)(제4의 프리틸트각)의 배향막(109a)과, 큰 값의 프리틸트각(C2)(제2의 프리틸트각)의 배향막(109b)으로 이루어지며, 프리틸트각(A2)에 대향하여 프리틸트각(C2)이 배치되고, 프리틸트각(B2)에 대향하여 프리틸트각(D2)이 배치되어 있다.
또, 상기 배향막(109 ·110)은, 러빙크로스로 신호전극선(113)과 거의 직각방향으로, 상하 기판 동일방향(도 16 중의 좌측에서 우측으로)으로 평행 배향처리되어 있다.
다음에, 이 액정표시장치의 제조방법에 대해서 설명한다.
먼저, 어레이기판(106)의 내면상에 신호주사선(113), 스위칭소자(111) 및 화소전극(108)을 형성했다.
*다음에, 상기 화소전극(108) 상에, 닛산카가쿠고교(日産化學工業)(주) 사제의 폴리아믹산 타입의 약 5도의 큰 값을 가지는 제3의 프리틸트각으로서의 프리틸트각(B2)의 폴리이미드 배향막재료를 도포하고, 건조후 소성하여, 화소전극(108) 상에 배향막(110a)을 형성했다.
다음에, 상기 배향막(110a)의 지면상 좌측편측 영역에 자외선을 조사하여, 제1의 프리틸트각으로서의 프리틸트각(A2)의 약 2도 작은 값으로 변화시켜, 배향막(110b)을 형성했다.
대향기판(105)의 내면상에는, 공통전극(107)을 형성했다.
다음에, 상기 공통전극(107) 상에는, 닛산카가쿠고교(주) 사제의 폴리아믹산 타입의 약 5도 큰 값의 제2의 프리틸트각으로서의 프리틸트각(C2)을 계면액정분자에 부여하는 폴리이미드 배향막재료를 도포하고, 건조후 소성하여, 공통전극(107) 상에 배향막(109b)을 형성했다.
다음에, 상기 배향막(109b)의 지면상 우측편측 영역(프리틸트각이 큰 값을 가지는 프리틸트각(B2)에 대향하는 영역)에, 자외선을 조사하여 제4의 프리틸트각으로서의 프리틸트각(D2)의 약 2도의 작은 값으로 변화시켜, 배향막(109a)을 형성했다.
이상과 같이 하여, 도 16과 같이 작은 값의 프리틸트각(A2)(제1의 프리틸트각)에 대향하여 큰 값의 프리틸트각(C2)(제2의 프리틸트각)을 배치시키고, 큰 값의 프리틸트각(B2)(제3의 프리틸트각)에 대향하여 작은 값의 프리틸트각(D2)(제4의 프리틸트각)을 배치시킬 수 있었다.
또, 이하와 같이 하여 프리틸트각을 제어하는 것도 가능하다.
즉, 도 18의 (a)에 나타내는 바와 같이, 어레이기판(106) 상에 a-Si계의 TFT소자 등으로 이루어지는 액티브 매트릭스형의 스위칭소자(도시하지 않음)와, 거기에 접속하여 화소전극(108)을 형성했다.
다음에, 도 18의 (b)에 나타내는 바와 같이, 상기 화소전극(108)의 좌측영역에 오존 분위기 하에서 자외선을 조사하여, 화소전극(108)의 우측영역과 비교하고 평탄화하여, 평탄화영역(108a)을 형성했다.
다음에, 도 18의 (c)에 나타내는 바와 같이, 상기 화소전극(108) 상에 JSR 사제의 프리이미드형의 폴리이미드 배향재료를 도포 건조 혹은 소성하여, 배향막(110)을 형성했다.
이와 같이 형성한 경우, 화소전극(108)의 평탄화영역(108a) 상에 위치하는 액정분자(140)의 프리틸트각은, 미평탄화영역(108b) 상에 위치하는 액정분자(140)의 프리틸트각보다도 작은 값으로 할 수 있다. 또한, 공통전극에 대해서도 같은 처리를 행함으로써, 도 16과 같이, 제1의 액정셀 영역과, 제2의 액정셀 영역을 동일 화소내에 가지는 액정표시장치로 할 수 있다.
다음에, 도 16에 나타내는 바와 같이, 상기와 같이 형성한 서로 대소의 프리틸트각을 부여하는 배향막(109) 및 배향막(110)의 표면을 러빙크로스로 신호전극선(113)에 대해 직각방향으로 상하 기판 동일방향(도 16 중의 좌측에서 우측)으로 평행 배향처리하여, 플러스의 네마틱 액정재료로 이루어지는 액정층(112)을 배치했다.
이와 같이 하여 작성된 액정표시장치에 있어서, 상기 화소전극(108)의 배향원(러빙 처리방향의 상류측)으로는 작은 프리틸트각(A2)이, 그에 대향하는 측에는 큰 값의 프리틸트각(C2)이 배치되며, 도 16의 화소의 (Ⅰ)영역(제1의 액정셀 영역)에는, 공통전극(107)과 화소전극(108)의 사이에 제1의 전압으로서 2.5V를 인가하면, 액정분자를 어레이기판(106) 측에 스플레이 배향시킨 b-스플레이 배향(120)이, 화소의 (Ⅱ)영역(제2의 액정셀 영역)에는 액정분자를 대향기판(105) 측에 스플레이 배향시킨 t-스플레이 배향(121)이 형성되기 쉽게 된다.
즉, 도 16, 도 17에 나타내는 바와 같이, 상기 액정셀(104)의 스위칭소자(111)를 통해 공통전극(107)과 화소전극(108) 사이에 제1의 전압으로서의 2.5V를 인가하면, 화소내에 b-스플레이 배향영역(제1의 액정셀 영역)과 t-스플레이 배향영역(제2의 액정셀 영역)이 형성되어, 그 경계에 디스크 리네이션선(123)이 신호전극선(113)에 따라, 또 게이트 전극선(114 ·114')에 걸쳐 명료하게 형성되었다(디스크 리네이션선 형성공정).
또한, 상기 공통전극(107)과 상기 화소전극(108)과의 사이에, 제2의 전압으로서 전압(-15V) 펄스를 반복 인가함으로써, 도 17에 나타내는 바와 같이 디스크 리네이션선(123)으로부터 전이핵이 발생하여 밴드 배향(124)으로 전이 확대하고, TFT 패널 화소 전체는 약 3초로 빠르게 전이했다(배향전이공정).
이것은, b-스플레이 배향상태와 t-스플레이 배향영역의 경계인 디스크 리네이션선 영역은 주위보다 일그러짐 에너지가 높게 되어 있으며, 이 상태에, 상하 전극 사이에 고전압이 인가됨으로써 더욱 에너지가 공급되어 스플레이 배향이 밴드 배향으로 전이한 것으로 생각할 수 있다.
(실시형태 8)
도 19는 본 발명의 실시형태 8에 관한 액정표시장치의 개략도를 나타낸다.
통상 표시시에는, 게이트 전극선은 선 순차로 온되어 주사되지만, 통상의 표시 전에, 게이트 전극선을 순차 온하여, 상기 공통전극(107)과 상기 화소전극(108)과의 사이에 제2의 전압으로서 전압(-15V) 펄스를 반복 인가함으로써, 화소전극(108)과 게이트 전극선(114, 114')의 사이에서 전위차에 기인되는 횡전계가 발생한다. 그리고, 상기 횡전계에 의해, 도 19와 같이 디스크 리네이션선(123)과 게이트 전극선(114, 114') 부근에서 전이핵이 발생하고 밴드 배향으로 전이 확대하여, TFT 패널 화소 전체는 약 1초로 더욱 빠르게 밴드 배향으로 확대 전이했다(배향전이공정).
이것은, b-스플레이 배향상태와 t-스플레이 배향영역의 경계인 디스크 리네이션선 영역이 주위보다 일그러짐 에너지가 높게 되어 있으며, 이 상태로, 횡으로 배치되어 있는 게이트전극선에서도 상기 디스크 리네이션선에 횡전계가 인가됨으로써 더욱 에너지가 공급되어, 빠르게 전이한 것으로 생각할 수 있다. 또한 전이가 완료한 후, 게이트 전극선(114, 114')은 통상의 주사상태로 되돌아간다.
또한, 상기 화소전극과 공통전극의 사이에 인가되는 제2의 전압은 연속적으로 인가되도 좋다. 또, 펄스모양의 전압이 반복하여 인가하는 경우는, 그 주파수가 0.1㎐에서 100㎐의 범위이며, 또 제2의 전압의 듀티 비는 적어도 1 : 1에서 1000 : 1의 범위로 전이를 빠르게 하는 효과를 얻을 수 있다.
(그외의 사항)
실시형태 7, 8에서는, 공통전극의 배향처 영역의 프리틸트각(D2)을 작은 값으로 했지만, 큰 값으로 해도 된다. 또, 화소전극의 배향처 영역의 프리틸트각(B2)을 큰 값으로 했지만, 횡전계의 영향으로 t-스플레이 배향이 되기 때문에 작은 값이라도 효과는 얻을 수 있다.
또, 한쪽의 기판측의 프리틸트각(A2)의 2도에 대해 대향의 프리틸트각(C2)을 5도로 하고 있지만, 그 비가 크면 전이시간 단축의 효과가 있으며 또한 전이시간을 빠르게 할 수 있다.
또, 상기에서는, 작은쪽의 프리틸트각(A2)의 값을 2도로 했지만, b-스플레이 배향시켜 밴드 배향으로 용이하게 전이시키기 때문에, 작은 값의 프리틸트각(A2, D2)의 값으로서 3도 이하이면 좋고, 큰 값의 프리틸트각(B2, C2)은 4도 이상이면 좋다.
또, 배향처리방향을 신호전극선(113)에 대해 직각방향으로 상하 기판 동일방향으로 평행배향처리 했지만, 게이트 전극선(114)에 대해 직각방향(즉, 도 16에서의 지면에 대해 수직방향)에 상하 기판 동일방향으로 평행배향처리 해도 좋다. 그 때, 디스크 리네이션선의 형성장소가 다르다.
또, 상기 평행하게 배향처리되는 방향이, 이 화소전극에 따른 전극선의 직각방향으로 예를 들면 약 2도 어긋나게 배향처리하면, 화소내에 형성된 디스크 리네이션선에 전극으로부터 횡전계가 비스듬하게 인가되기 때문에, 스플레이 배향한 액정분자에 뒤틀리는 힘이 가해지며 밴드 배향으로 전이하기 쉽게 되어, 전이가 확실하게 빠른 액정표시장치가 된다.
또한, 제1의 전압으로서는, 디스크 리네이션선을 형성하는 것이 가능한 전압 이상이면 좋다, 또, 화소전극과 공통전극의 사이에 제2의 전압을 인가하는 것으로 했지만, 공통전극에 인가해도 좋다.
또, 상기 배향막 재료로서 폴리이미드 재료를 사용했지만, 단분자막 재료 등의 다른 재료라도 좋다.
다른 액정표시장치에 있어서는, 예를 들면, 기판은 프라스틱 기판으로 형성할 수도 있다. 또, 기판의 한쪽을 반사성 기판으로 형성하며, 예를 들면, 실리콘으로 형성해도 좋다.
(실시형태 9)
본 실시형태는, 신호전압선과 화소전극, 및 게이트 전극선과 화소전극에, 각각 감합(嵌合)하는 형상의 요철을 형성한 것이다.
도 20, 도 21에, 본 실시형태의 액정표시장치의 요부를 개념적으로 나타낸다.
본 도면은, 액티브 매트릭스형의 OCB모드의 액정표시장치의 화소를 표시면 상방(사용자측)에서 본 것이다.
도 20에 있어서, 206은 신호전극선(버스라인)이며, 207은 게이트전극선이며, 208은 스위칭 트랜지스터(소자)이다.
또한, 도면에서는 신호전극선(206)과 게이트전극선(207)은 교차하고 있지만, 양쪽의 전극선은 절연막(도시하지 않음)을 통해 입체 배치되어 있는 것은 당연하다.
또, TFT로 이루어지는 스위칭 트랜지스터(208)는, 도면에서는 대략 정사각형 모양의 화소전극(202a)에 접속되어 있다. 그리고, 신호선극선(206), 게이트전극선(207), 스위칭 트랜지스터(208), 화소전극(202a)의 기능, 동작, 작용은 OCB모드뿐만 아니라 종래의 액정표시장치와 하등 다르지 않다.
또, 최초에 액정분자(211)를 스플레이 배향시키기 위해, 상하의 배향막(203a ·203b)에 러빙크로스 등을 사용하는 배향처리가 행해지는 것도 동일하다.
또한, 편광판(204a ·204b) 등의 작용과 함께, 화소 내의 스플레이 배향상태에서, 액정분자를 대향기판 사이에서 밴드 배향상태로 한 밴드 배향영역에 화소 내의 액정분자 전체를 전이시키는 작용에 의해 명암의 표시가 행해지는 것도 동일하다.
그렇지만, 도 20의 (a)에 나타내는 바와 같이, 대략 정사각형 모양의 화소전극(202a)의 각변의 대략 중앙부에, 오목(凹)부(221a) 및 볼록(凸)부(222a)가 형성되어 있다. 한편, 이것에 근접하여 배선되어 있는 신호전극선(206) 및 게이트전극선(207)은, 상기 오목부(221a) 및 볼록부(222a)에 감합하도록 볼록부(261 ·271)와 오목부(262 ·272)로 변형한 배선으로 되어 있다. 이 때문에, 화소전극(202a)의 상하, 좌우 위치(도 20의 (a)에서의 지면상)에, 변형한 전이 여기용의 횡전계 인가부를 형성하게 되는 것이, 종래의 액정표시장치와 상위하다.
다음에, 이 액정표시장치의 제조방법에 대해서 설명한다.
횡전계 인가부를 포함한 화소전극(202a) 면상과 공통전극(202b) 면상에, 닛산카가쿠고교(주) 사제의 폴리아믹산 타입의 약 5도 크기의 프리틸트각의 폴리이미드 배향막 재료를 도포 건조 소성하여, 각각의 전극면의 액정층(210)측에 배향막(203a ·203b)을 형성했다.
다음에, 상기 배향막(203a ·203b)의 표면을, 동시에 러빙크로스로 도 20의 (a)에 나타내는 바와 같이 신호전극선(206)과 거의 직교하는 방향으로 배향처리했다.
이상의 것에서, 상하의 기판 사이에 플러스의 네마틱 액정재료를 진공주입하여 액정층(210)을 형성했다.
이 때문에, 도시하지 않지만, 상하의 배향막(203a ·203b)의 표면에서는, 액정분자(211)가, 그 프리틸트각이 정부 반대의 값을 가지며, 더욱이 분자의 직축방향은 서로 거의 평행하게 되게 배향하고, 액정층(210)은 이른바 무 전압 인가상태에서 액정분자가 비스듬하게 퍼진 이른바 스플레이 배향이 된다.
다음에, 액정표시장치의 표시를 위한 동작에 대해 설명한다.
이상의 것에서, 공통전극(202b)과 화소전극(202a) 사이에 -15V 라는 액정분야에서는 비교적 전압이 높은 펄스모양의 전압을 반복 인가함과 동시에, 게이트전극선(207)을 통상의 주사상태든, 혹은 거의 모두 온시킨 상태로 한다. 이것에 의해, 횡전계 인가부에 의해, 게이트 전극선(207), 신호전극선(206)과 화소전극(202a) 사이에 주위의 통상의 횡전계보다 강한 횡전계가 인가된다. 그 결과, 화소영역 내의 스플레이 배향영역에서, 신호전극선(206)과 거의 직교하는 방향으로 러빙한 경우, 주로 게이트 전극선(207)과 화소전극(202a) 사이의 횡전계 인가부를 기점으로 한 액정층(299)에 밴드 배향으로의 전이핵이 발생한다. 또, 도 21에 나타내는 바와 같이, 게이트 전극선(207)과 직교하는 방향으로 러빙한 경우, 주로 신호전극선(206)과 화소전극(202a) 사이의 횡전계 인가부를 기점으로 한 액정층(298)에 밴드 방향으로의 전이핵이 발생한다.
또한, 이 전이핵을 기초로 밴드 배향영역이 확대하고, 그 결과 화소영역 전체를 약 0.5초로 밴드 배향으로 완료시킬 수 있다.
또한, TFT 패널 전체에서는, 약 2초로 빠르게 전이했다.
이 기구에서, 상하 전극 사이에 고전압이 인가되어, 도 20의 (b)에 나타내는 바와 같이, 액정층(210)이 b-스플레이 배향상태가 되며, 주위보다 일그러짐 에너지가 높게 되며, 이 액정분자 배향상태 방향으로 횡전계 인가부에서 거의 직각(도 20의 (b) 면수직방향)으로 횡전계가 인가되므로, 도 20의 (b)의 b-스플레이 배향에서의 하(下)기판측의 액정분자가 뒤틀리는 힘을 받아, 전이핵의 발생이 일어나는 것이라 생각할 수 있다.
이상의 설명에서는, 횡전계 인가부는, 요철로 변형한 화소전극부와 양방의 신호전극선의 요철부는, 상호 감합하도록 형성되는 것으로 했지만, 도 22에 나타내는 바와 같이, 화소전극(202a)만, 신호전극선(206)만, 게이트전극선(207)만으로 형성되도 되는 것은 당연하다.
즉, 본 도면에 있어서는, 신호전극선(206)의 볼록부(263), 게이트 전극선(207)의 볼록부(273), 화소전극(202a)의 볼록부(223a ·224a)는 어느 하나에만 있으며, 감합형으로 되어 있지 않은 것이 도 20에 나타내는 것과 상위하다.
또, 요철부의 평면형상은, 도 20 내지 도 22에 나타내는 삼각형 모양, 사각형 모양 이외의 형상, 예를 들면 사다리꼴형 모양, 반원형 모양, 원형 모양, 타원형 모양 등이라도 좋은 것은 당연하다.
또한, 도 20 내지 도 22에서는, 횡전계 인가부는 1화소의 상하 좌우 합계 4개소에 설치되어 있지만, 화소의 크기 등에 의해서는 상하의 2개만, 혹은 1개만 설치해도 좋으며, 또 전극 테두리를 따라 요철이 연속적으로 형성되어 있어서도 좋은 것은 당연하다. 또, 지금까지, 러빙방향을 신호전극선 혹은 게이트 전극선의 거의 직교하는 것으로 했지만, 러빙방향을 비스듬한 방향으로 해도 좋다. 이 경우, 신호 및 게이트 전극선과 화소전극선 사이의 횡전계 인가부의 액정층에서 밴드 배향으로 전이가 발생한다. 또, 적어도, 러빙방향과 거의 직교하는 방향으로 횡전계를 인가할 수 있는 횡전계 인가부를 화소단위로 적어도 1개 배치하는 것이 바람직하다.
또, 도 20 내지 도 22는 평면도이므로, 양 전극선(신호전극선(206) 및 게이트 전극선(207))과 화소전극(202a)은 동일 평면에 있는 것처럼 보이지만, 이것은 적어도 한쪽의 전극선이 화소전극과 어레이기판상 다른 높이로 배치되어 있어도 좋다.
이와 같이, 화소전극 주변의 일부를 기판면에 평행한 면내에서 요철로 형성한 전극 변형부로 이루어지는 횡전계 인가부는, 평면시(視)에서는 0.5 ~ 10㎛ 정도 떨어져 있고, 이 횡전계 인가부의 측방에 존재하는 신호전극선 혹은 게이트 전극선의 볼록부나 0.5 ~ 10㎛ 정도 움푹패인 오목부의 존재에 의해, 횡전계를 발생시킨다.
(실시형태 10)
본 실시형태는, 횡전계 인가용의 전극선을 설치하는 것이다.
이하, 도 23을 참조하면서 본 실시형태를 설명한다.
본 도면의 (a)는, 기판 상면에서 본 평면도이다. (b)는, 액정표시장치의 게이트 전극선(207)에 평행한 면에서의 단면도이다.
본 도면의 (a) 와 (b)에 있어서, 209는, 어레이기판(210a) 상의 신호전극선(206)의 거의 직하 부분에 횡전계 인가 전용으로 포설된 전선이다. 212는, 상기 횡전계 인가용선(209)과 신호전극선(206), 게이트 전극선(207) 등을 절연하기 위한 투명절연막이다. 따라서, 이 화소를 상부(표시면에 직교하는 사용자측 방향)에서 본 경우에는, 도 23의 (a)에 나타내는 바와 같이, 화소의 좌우 중앙부에서 횡전계 인가용선(209)의 평면시 삼각형 모양의 볼록부(291)가 신호전극선(206)의 측방으로 돌출해 있다. 또한, 상기 신호전극선(206) 및 화소전극(202a)은 종래기술과 하등의 변화가 없다.
상기 횡전계 인가용선(209)은, 상기 신호전극선(206) 혹은 게이트 전극선(207)이 접속된 구동회로에 접속되고, 또, 상기 횡전계 인가용선(209)은, 배향전이 후의 통상의 액정표시 시에는, 구동회로와 차단되도록 구성되어 있다.
또, 상기 횡전계 인가용선(209)을, 신호전극선(206)에 대한 상부의 신호전극선으로 하고, 투명절연막을 통해 화소전극에 근접하여 설치하며, 횡전계 인가의 효과를 증대하고, 병행하여 투명절연막 중에 도시하고 있지 않은 컨택트홀에서 전기적으로 접속되어 있어서도 좋다. 이 경우, 신호전극선이 2개가 되기 때문에 용장도가 증가하고 전기저항이 저하한다고 하는 효과도 있다.
즉, 도 23의 (c)에 나타내는 바와 같이, 횡전계 인가용선(209a)은, 신호전극선(206)의 바로 위에 투명절연막(213)을 통해 설치되어 있다. 또한, 화소 중앙부에의 평면시 삼각형 모양의 볼록부(291a)가 있는 것은 동일하다.
또, 도 23의 (d)는, 본 실시형태의 다른 예이다. 도면에 나타내는 바와 같이, 횡전계 인가용선(209b)이 평탄화 투명절연막(212b)에 의해 피복되며, 또, 전용선(209b) 아래에 신호전극선(206)이 평탄화 투명절연막(212c)에 의해 피복되고, 화소전극(202a)이 상기 평탄화 투명절연막(212b) 위에 설치되어 있다. 또한, 화소 중앙부에의 삼각형 모양의 볼록부(291b)가 있는 것이 동일하다.
또, 도면에서는 이 횡전계 인가용의 전용선의 볼록부를 삼각형 모양으로 하고 있지만, 이것은 화소전극에 대향하는 부분 모두에 연속적으로 볼록부를 설치하거나, 또는 상방으로 돌출한 볼록부를 가지는 등, 입체적인 구조를 가지고 있어도 좋은 것은 당연하다.
또, 횡전계 인가용의 전용선은 신호전극선이 아니라, 게이트전극선의 바로 아래, 바로 위에 설치해도 좋다. 또는, 양 전극선의 바로 아래 등에 설치해도 좋다.
(실시형태 11)
본 실시형태는, 화소전극 내에 적어도 1곳의 노치부를 설치하여 결함부를 형성하는 것이다.
도 24에, 본 실시형태의 액정표시장치의 화소단위의 평면과 특징을 개념적으로 나타낸다. 본 도면에 나타내는 바와 같이, ITO막으로 이루어지는 화소전극(202a)은, 예를 들면 수 ㎛폭으로 에칭에 의해 제거되어 평면시 크랭크형 모양의 전극 결함부(225)가 형성되어 있다.
또한, 이 전극 결함부(225)를 포함한 화소전극(202a) 면상 및 도시하지 않는 공통전극 면상에는, 닛산카가쿠고교(주) 사제의 폴리아믹산 타입의 약 5도 크기의 프리틸트각의 폴리이미드 배향막 재료를 도포 건조 소성하여, 각각 배향막(도시하지 않음)을 형성하고, 또 그들의 표면을 러빙크로스로 게이트 전극선(207)과 직교하는 방향으로 배향처리가 행해져, 그 때문에 액정분자의 프리틸트각이 정부 반대의 값을 가지며, 서로 거의 평행방향이 되도록 동일방향으로 평행배향되어 있는 것은, 제9 및 제10의 실시형태와 동일하다.
따라서, 액정층은 이른바 무전압 인가상태에서 액정분자가 비스듬하게 퍼진 배향영역으로 이루어지는 이른바 스플레이 배향의 액정셀을 형성하고 있는 것도 동일하다.
그렇지만, 표시전의 화소의 공통전극과 화소전극 사이에 15V, 혹은 공통전극에 -15V의 전압의 펄스를 반복하여 인가함과 동시에, 게이트전극을 통상의 주사상태든, 혹은 거의 모두 온시킨 상태로 하면, 화소단위에는 전극 결함부(225)가 존재하기 때문에, 도 24의 (b)에 나타내는 바와 같이, 이 전극 결함부(225)의 테두리에서 강한 일그러짐의 비스듬한 횡전계(280)가 발생한다.
이 때문에, 화소영역 내의 스플레이 배향은, 이 전극 결함부(225)의 액정층(299)에 밴드 배향으로의 전이핵이 발생하고, 또한 이 밴드 배향영역이 확대하여 화소영역 전체를 약 0.5초로 밴드 배향으로 완료시킨다. 또, TFT 패널 전체에서는, 약 2초로 빠르게 전이한다.
이것은, 전극 결함부(225)로 이루어지는 횡전계 인가부에서 강한 횡전계를 받아, 이 부근의 액정분자는 기판면에 수평상태로 배향되며, 이른바 b-스플레이 배향상태가 되고, 주위보다 일그러짐 에너지가 높게 되어 있으며, 이 상태 하에서 상하 전극 사이에 고전압이 인가되기 때문에 더욱 에너지가 공급되어, 그 결과, 전극 결함부(225)에서 전이핵이 발생하여, 밴드 배향영역이 확대하는 것으로 생각할 수 있다.
또한, 도 24에서는, 평면시 크랭크형 모양의 전극 결함부(225)를 1개 형성하고 있지만, 2개 이상이라도 좋은 것은 당연하다.
또, 그 형상은 직선, 각형이나 원형, 타원, 또는 삼각형 모양 등이라도 좋은 것은 당연하다.
또, 전극 결함부(225)는, 공통전극측에 형성해도 좋다.
또, 화소전극 및 공통전극의 양방에 형성해도 좋은 것은 당연하다.
(실시형태 12)
본 실시형태는, 횡전계를 발생시킴과 동시에, 이것에 병행하여 미리 화소 평면내에 틸트각이 상위하는 영역을 형성해 두는 것이다.
도 25에, 본 실시형태의 액정표시장치의 화소단위의 구성과 특징을 개념적으로 나타낸다. 본 도면의 (a)는, 게이트전극선에 평행한 방향의 화소의 단면도이며, 동일 화소이지만, 좌측의 (Ⅰ) 과 우측의 (Ⅱ)로 , 틸트각이 상위하고 있는 모습을 나타낸다.
도 25의 (b)는, 상(사용자측) 방향에서 본 화소의 평면도이며, 화소전극(202a)의 상하 좌우로 요철부(221a ·222a)가 설치되고, 또 신호전극선(206) 및 게이트 전극선(207)의 대향하는 위치에 상기 요철부(221a ·222a)가 서로 감합하도록 요철부(261 ·262 ·271 ·272)가 설치되어 있으며, 상술한 실시형태 7과 같이, 제1의 전압인 2.5V를 인가하여, 도 25 (a)의 (Ⅰ) 과 (Ⅱ)의 경계에 디스크 리네이션선(226)이 형성되어 있다.
이하, 본 실시형태의 액정표시장치의 제조방법에 대해서 설명한다.
액티브 매트릭스형의 액정셀에 대향하는 기판 내면상에는 각각 배향막(203am ·203bm)이 형성되며, 이 배향막(203am ·203bm)은, 액정층(210)이 무전압 인가상태에서 스플레이 배향을 형성하는 처리가 되어 있는 것, 화소전극(202a)이나 이것에 근접하여 배선되어 있는 게이트 전극선(207) 등에 전이 여기용의 횡전계 인가부를 형성하는 것 등은, 앞의 제1의 실시형태와 동일하다.
그렇지만, 배향막의 처리가 다르다. 즉, 도 25의 (a)에서, 횡전계 인가부를 포함한 화소전극(202a) 면상에, 닛산카가쿠고교(주) 사제의 폴리아믹산 타입의 약 5도 큰 값을 가지는 프리틸트각(B2)의 폴리이미드 배향막 재료를 도포 건조 소성하여, 배향막(203am)을 형성한다.
다음에, 이 배향막(203am)의 좌측 편측 영역(203ah)에만, 즉, (Ⅰ)에 나타내는 쪽에만 자외선을 조사하여 프리틸트각(E2)이 약 2도 작은 값의 배향막으로 변화시킨다.
이것에 대해, 대향기판(201b) 상에는 닛산카가쿠고교(주) 사제의 폴리아믹산 타입의 약 5도 큰 값의 프리틸트각(F2)을 계면 액정분자에 부여하는 폴리이미드 배향막 재료를 도포 건조 소성하여, 공통전극(202b) 상에 배향막(203bh)을 형성한다.
다음에, 상기 배향막(203bh)의 우측 좌측 영역(203bm)에만, 즉, (Ⅱ)에 나타내는 쪽에만 자외선을 조사하여 프리틸트각(D2)이 약 2도 작은 값의 배향막으로 변화시킨다.
이와 같이 하여, 도 25 (a)의 (Ⅰ)에 나타내는 바와 같이 어레이기판(201a)측 왼쪽 절반의 배향막(203ah)이 작은 값의 프리틸트각(E2)에 대향하여 대향기판(201b)측 왼쪽 절반의 배향막(203bh)이 큰 값의 프리틸트각(F2)을 배치시키고, (Ⅱ)에 나타내는 바와 같이 어레이기판(201a)측 오른쪽 절반의 배향막(203bm)이 큰 값의 프리틸트각(B2)에 대향하여 대향기판(201b)측 오른쪽 절반의 배향막(203bm)의 작은 값의 프리틸트각(D2)을 배치시킨다.
또한, 이와 같이 하여 형성한 서로 대소(大小)의 프리틸트각을 부여하는 배향막의 표면을 러빙크로스로 도 25의 (b)에 나타내는 바와 같이 신호전극(6)과 거의 직교하는 방향으로 상하 기판 동일방향으로 평행 배향처리했다. 그 후, 플러스 네마틱 액정재료를 충진하여, 이것으로 이루어지는 액정층(210)을 배치했다.
이상의 하에서, 화소전극(202a)의 배향원(러빙의 근본방향)에는 작은 프리틸트각(E2)이, 이 프리틸트각(E2)에 대향하는 측에는 큰 값의 프리틸트각(F2)이 배치되어, 도 25의 (a)의 화소의 (Ⅰ)에서 나타내는 영역에는 액정분자를 하 기판측에 스플레이 배향시킨 b-스플레이 배향(227b)이, 화소의 (Ⅱ)에서 나타내는 영역에는 액정분자를 상 기판측에 스플레이 배향시킨 t-스플레이 배향(227t)이 형성되기 쉽게 된다.
다음에, 액정셀의 스위칭 트랜지스터(208)를 통하여 대향하는 전극 사이에 전이 임계전압 부근의 2.5V를 인가하면, 상술의 이유에서 동일의 화소 내에 b-스플레이 배향영역과 t-스플레이 배향영역이 형성되고, 그 경계에 디스크 리네이션선(226)이 신호전극선(206)에 따라, 또 게이트 전극선(207)에 걸쳐 명료하게 형성되었다.
이 화소의 공통전극과 화소전극 사이에 -15V의 펄스를 반복하여 인가하였다. 그러자, 도 25의 (b)에 나타내는 바와 같이, 디스크 리네이션선(226)과 횡전계 인가부 부근의 액정층(299)에서 전이핵이 발생하여 밴드 배향영역으로 전이가 확대하고, TFT 패널 화소 전체에서는 약 1초로 빠르게 전이했다.
이것은, b-스플레이 배향상태와 t-스플레이 배향영역의 경계인 디스크 리네이션선(226) 영역은 주위보다 일그러짐 에너지가 높게 되어 있고, 이 상태에 더하여 횡전계 인가부에서 발생하는 횡전계에 의해 스플레이 배향에 뒤틀림이 발생하여 전이가 쉽게 되며, 이것에 상하 전극 사이에 고전압이 인가되어 더욱 에너지가 공급되어 밴드 전이한 것으로 생각할 수 있다.
이상, 본 발명을 여러가지의 실시형태에 근거하여 설명했지만, 본 발명은 어떠한 것도 여기에 한정되지 않는 것은 당연하다. 즉, 예를 들면 이하와 같이 해도 좋다.
1) 화소전극과 공통전극 사이에 인가하는 전압을 연속적, 혹은 간헐적으로 한다.
2) 고전압 펄스가 반복하여 인가되는 경우, 그 주파수는 0.1㎐에서 100㎐의 범위이며, 또 제2의 전압의 듀티 비는 적어도 1 : 1에서 1000 : 1의 범위이고, 전이를 빠르게 하는 값을 선택한다.
3) 사용하는 기판을 프라스틱제로 하고, 전극으로서 유기도전막을 채용한다.
4) 기판의 한쪽을 반사성 기판으로 형성하며, 예를 들면 실리콘으로 하거나, 혹은, 알루미늄 등의 반사전극으로 이루어지는 반사성 기판으로 형성하여, 반사형 액정표시장치로 한다.
5) 화소전극, 공통전극에 기판면에 직교하는 방향의 강전극 전계발생용 돌기를 설치하는 등의 수단을 병용한다.
6) 양 기판 사이를 일정하게 유지하는 원 모양 유리나 실리카로 바꾸어, 그를 위한 돌기물을 형성하고, 이 돌기물에 액정분자를 배열시키는 기능을 지니게 하는 등의 수단을 병용한다.
7) 상기 돌기부의 상부 혹은 하부를 상기 강전극 발생용 돌기에 겸용한다.
8) 화소전극의 형상은, 정사각형 모양이 아니라, 직사각형 모양이나 삼각형 모양으로 한다.
9) 화소를 액정의 배향이 다른 영역으로 분할하는 것은 2개가 아니라, 3개나 4개로 하거나 한다.
10) 프리틸트각에 대소를 붙이는데, 투명전극을 O2 애셔(asher)등으로 표면상태를 바꾸어, 이 투명전극에 배향막을 형성하는 등의 수단을 채용하고 있다.
(실시형태 13)
도 26은 본 발명 액정표시장치의 스플레이 - 밴드 전이시간의 검토에 이용한 테스트 셀의 구성 외관도이며, 도 27, 및 도 28은 볼록 형상물 제작을 설명하기 위한 제조 프로세스의 일부이다.
유리기판(308) 상에 JSR 주식회사 제 PC계 레지스트 재료를 도포 형성하여 두께 1㎛의 레지스트 박막을 형성한다. 다음에 레지스트 박막(320)에, 직사각형 모양의 패턴의 개구부(322)를 설치한 포토마스크(321)를 통해, 평행광 자외선(323)으로 조사 노광한다. 평행광으로 노광된 상기 레지스트 박막(320)을 현상, 린스하고, 90℃로 프리베이크하여 도 28에 나타내는 바와 같이 단면이 볼록 모양의 형상물(310)을 형성한다.
다음에, 상기 기판상에, 정법에 따라 ITO전극(7)을 2000A제 막으로 하고, 전극부 유리기판(308)으로 했다. 그후, 투명전극(302)을 가지는 유리기판(301), 및 상기 볼록형상물이 형성된 유리기판(308) 상에 닛산카가쿠고교제 배향막 도료(SE-7492)를 스핀코트법으로 도포하고, 항온조 중 180℃, 1시간 경화시켜 배향막(303, 306)을 형성한다. 그후, 레용제 러빙 포(布)를 이용하여 도 29에 나타내는 방향으로 러빙처리를 시행하고, 세키스이파인케미컬(주)제 스페이서5, 및 스트랙트 본드352A(미쯔이토우아츠카가쿠(주)제 실 수지의 상품명)를 이용하여 기판 간격이 6.5㎛가 되도록 서로 맞붙여, 액정셀(309)(액정셀(A)로 한다)을 작성했다.
이때, 배향막 계면에서의 액정 프리틸트각이 약 5도가 되도록 러빙처리를 행했다.
다음에, 액정(MJ96435(굴절율 이방성 Δn = 0.138))을 진공주입법으로 액정셀(A)에 주입하여, 테스트셀(A)로 했다.
다음에, 테스트셀(A)에, 그 편광축이 배향막의 러빙 처리방향으로 45도 각도를 이루며, 또, 서로 편광축 방향이 직교하도록 편광판을 서로 맞붙이고, 7V 구형파를 인가하여 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이를 관찰한 결과, 약 5초로 모든 전극영역이 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이했다.
볼록형상물(310)이 형성된 영역에서는, 액정층 두께가 주위의 액정층 영역에 비해 작고 실효적으로 전계 강도가 크며, 이 부분에서 밴드 전이가 확실하게 발생한다. 발생한 밴드 배향은 빠르게 다른 영역으로 퍼져 간다.
즉, 확실하게 또 고속인 스플레이 → 밴드 전이가 달성된다.
볼록형상물로서는, 그 단면형상이 본 실시예와 같이 직사각형 모양 외, 사다리꼴 모양, 삼각형 모양, 반원 모양이라도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
비교예로서, 볼록형상부(310)를 가지지 않는 투명전극 첨부 유리기판을 이용하는 것 이외, 같은 프로세스로, 스플레이 배향 액정셀(R)을 제작하여, 액정(MJ96435)을 밀봉하여 테스트셀(R)로 했다. 이 테스트셀(R)에 7V 구형파를 인가했을 때의, 모든 전극영역이 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이하는데 필요한 시간은 42초이며, 본 발명의 효과는 명백하다.
(실시형태 14)
도 30은 본 발명 액정표시소자의 스플레이 - 밴드 전이시간의 검토에 이용한 테스트셀의 구성 외관도이며, 도 31은 그 평면도이다. 도 30은 도 31의 X1 - X1에서 본 단면도이다. 실시형태 14는, 볼록형상물(310)을, 표시화소 영역외에 형성된 투명전극(307a) 상에 설치된 것을 특징으로 한다. 이하에 그 제작순서를 설명한다.
투명전극(302)을 가지는 유리기판(301), 및 볼록형상물이 형성된 유리기판(308) 상에 닛산카가쿠고교제 배향막 도료(SE-7492)를 스핀코트법으로 도포하고, 항온조 중 180℃, 1시간 경화시켜 배향막(303, 306, 306a)을 형성한다. 그후, 레용제 러빙 포를 이용하여 도 29에 나타내는 방향으로 러빙처리를 시행하며, 세키스이파인케미컬(주)제 스페이서305, 및 스트랙트 본드352A(미쯔이토우아츠카가쿠(주)제 실 수지의 상품명)를 이용하여 기판간격이 6.5㎛가 되도록 서로 맞붙여, 액정셀(액정셀(B)로 한다)을 작성했다. 이때, 배향막 계면에서의 액정 프리틸트각이 약 5도가 되도록 러빙처리를 행했다.
다음에, 액정(MJ96435(굴절율 이방성 Δn = 0.138))을 진공주입법으로 액정셀(B)에 주입했다. 다음에, 액정셀(B)에, 편광축이 배향막의 러빙 처리방향과 45도 각도를 이루고 또 서로 편광축 방향이 직교하도록 편광판을 서로 맞붙여, 7V 구형파를 인가하여 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이를 관찰한 결과, 약 7초로 모든 전극영역이 스플레이 배향에서 밴드 영역으로 전이했다.
본 실시형태에서는, 표시화소영역 외에 볼록형상부를 설치하여, 표시화소영역 외에서 밴드 전이핵 발생을 시키는 것이지만, 발생한 밴드 배향은 표시화소영역 외에서 표시화소영역 내로 빠르게 넓게 퍼져가는 것이 확인되었다.
표시화소영역과 밴드 핵 발생용 전극영역과의 사이에는, 전계가 인가되지 않는(전극부를 가지지 않는다) 영역이 존재하지만, 미소영역에 있기만 한다면 이 영역을 넘어 배드 배향은 전개한다.
(실시형태 15)
도 32는 본 발명 액정표시장치의 스플레이 - 밴드 전이시간의 검토에 이용한 테스트셀의 구성 외관도이며, 도 27, 도 28, 및 도 33은 볼록형상물 제작을 설명하기 위한 제조 프로세스의 일부이다.
유리기판(308) 상에 JSR 주식회사제 PC계 레지스트 재료를 도포 형성하여 두께 1㎛의 레지스트 박막을 형성한다. 다음에 레지스트 박막(320)에, 직사각형 모양의 패턴의 개구부(322)를 설치한 포토마스크(321)를 통해, 평행광 자외선(323)으로 조사 노광한다. 평행광으로 노광된 상기 레지스트 박막(20)을 현상 린스하고, 90℃로 프리베이크하여 도 28에 나타내는 바와 같이 단면이 볼록모양의 형상물(310)을 형성한다.
다음에, 상기 레지스트 박막 재료의 유리 전이점 이상의 150℃로 포스트베이크하여 볼록형상물(310)의 귀퉁이를 완만하게 순방향으로 경사시켜, 도 32에 나타내는 바와 같이 그 단면형상을 산모양으로 형성하는 공정으로 제조한다.
다음에, 상기 기판상에, 정법에 따라 ITO 전극을 2000A제 막으로 하고, 전극 첨부 유리기판(308)으로 했다. 그후, 투명전극(302)을 가지는 유리기판(301), 및 상기 볼록형상물의 형성된 유리기판(308) 상에 닛산카가쿠고교제 배향막 도료(SE-7492)를 스핀코트법으로 도포하고, 항온조 중 180℃, 1시간 경화시켜 배향막(303, 306)을 형성한다. 그후, 레용제 러빙 포를 이용하여 도 29에 나타내는 방향으로 러빙처리를 시행하고, 세키스이파인케미컬(주)제 스페이서305, 및 스트랙트 본드352A(미쯔이토우아츠카가쿠(주)제 실 수지의 상품명)를 이용하여 기판 간격이 6.5㎛가 되도록 서로 맞붙여, 액정셀(309)(액정셀(C)이라 한다)을 작성했다.
이때, 배향막 계면에서의 액정 프리틸트각이 약 5도가 되도록 러빙처리를 행했다.
다음에, 액정(MJ96435(굴절율 이방성 Δn = 0.138))을 진공주입법으로 액정셀(C)에 주입하여, 테스트셀(C)로 한다.
다음에, 테스트셀(C)에, 그 편광축이 배향막의 러빙 처리방향과 45도 각도를 이루고, 또, 서로 편광축 방향이 직교하도록 편광판을 서로 맞붙여, 7V 구형파를 인가하여 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이를 관찰한 결과, 약 7초로 모든 전극영역이 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이했다.
본 테스트셀(C)은, 상기 삼각형 모양 선단부에 전계의 집중이 일어나고, 그 부분에서 밴드 배향이 발생한다. 또, 삼각형상물(60) 상부에서는, 러빙처리에 의한 마찰 상부와 마찰 하부가 존재하기 때문에, 결과로서 액정 프리틸트각의 부호가 반대의 영역이 된다. 즉 상기 볼록형상부의 근방에서는 액정 다이렉터가 기판면에 수평으로 되어 있으며, 이러한 것도 고속인 스플레이 - 밴드 전이에 기여하고 있는 것으로 생각된다.
본 실시예에서는 화소영역 내에 전계 집중부를 설치했지만, 화소영역 외에 설치해도 동일한 효과가 인정된다. 또, 본 실시예에서는 전계 집중부위는 기판 편측에 배설했을 뿐이지만, 기판양측에 배설해도 되는 것은 말할 필요도 없다.
(실시형태 16)
도 34는 본 발명 액정표시소자의 스플레이 - 밴드 전이시간의 검토에 이용한 테스트셀의 구성 외관도이며, 도 35는 본 실시예에서 이용한 유리기판(302)의 전극 패턴을 나타내고 있다.
개구부(380)를 가지는 투명전극(302), 및 개구부를 가지지 않는 투명전극(307)을 가지는 2장의 유리기판(301, 308) 상에 닛산카가쿠고교제 배향막 도료(SE-7492)를 스핀코트법으로 도포하고, 항온조 중 180℃, 1시간 경화시켜 배향막(303, 306)을 형성한다. 그후, 레용제 러빙 포를 이용하여 도 29에 나타내는 방향으로 러빙처리를 시행하고, 세키스이파인케미컬(주)제 스페이서305, 및 스트랙트 본드352A(미쯔이토우아츠카가쿠(주)제 실 수지의 상품명)를 이용하여 기판 간격이 6.5㎛가 되도록 서로 맞붙여, 액정셀(309)(액정셀(D)로 한다)을 작성했다.
이때, 배향막 계면에서의 액정 프리틸트각이 약 5도가 되도록 러빙처리를 행했다.
다음에, 액정(MJ96435(굴절율 이방성 Δn = 0.138))을 진공주입법으로 액정셀(D)에 주입하여, 테스트셀(D)로 했다.
다음에, 그 편광축이 배향막의 러빙 처리방향과 45도의 각도를 이루고, 또, 서로의 편광축 방향이 직교하도록 편광판을 서로 맞붙여, 전압을 인가하면서 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이를 관찰했다.
이 테스트셀(D)에, 유리기판(8)측 전극에 2V, 30㎐, 구형파를, 유리기판(1)측 전극에 7V, 30㎐, 구형파를 인가했을 때의, 모든 전극영역이 스플레이 배향에서 밴드 영역으로 전이하는데 필요한 시간은 5초이며, 극히 고속인 밴드 배향전이가 실현되었다.
본 실시예에 있어서는, 2장의 전극 사이에 협지된 액정층에 5V(=7V-2V)의 전계가 인가되지만, 전극 개구부의 액정층에는 7V(=7V-0V)의 실효전계가 인가되게 되므로, 여기에서 밴드 배향이 발생한다.
본 실시예에서는 개구부 형상을 구형으로 했으나, 원형, 삼각형 모양 등 다른 형상이라도 좋은 것은 말할 필요도 없다.
(실시형태 17)
도 36은 실시형태 17에 관한 액정표시소자의 요부 단면도이며, 도 37은 그 일부의 확대도이다. 이 액정표시장치는, 유리기판(308) 상에 화소 스위칭소자(380), 신호전극선(381), 게이트 신호선(도시하지 않음)이 형성되어 있고, 이들 스위칭소자(380), 신호전극선(381) 및 게이트 신호선을 덮어 평탄화막(382)이 형성되어 있다. 그리고, 평탄화막(382) 상에 표시전극(307)이 형성되어 있으며, 이 표시전극(307)과 스위칭소자(380)는, 평탄화막(382)에 개구한 콘택트 홀(383)내를 삽통(揷通)하는 중계전극(384)을 통해 전기적으로 접속되어 있다. 중계전극(384)은, 콘택트 홀(383)의 상 개구측의 부분이, 도 37에 나타내는 바와 같이 오목부(384a)로 되어 있다. 이와 같은 오목부(384a)에 의해, 표시전극(307)에 개구가 형성되게 되며, 이 오목부(384a) 부근에서 전계의 집중을 발생시키는 것이 가능하게 된다. 따라서, 전이시간의 단축화를 달성할 수 있다.
(실시형태 18)
도 38은 본 발명 액정표시소자의 구성 외관도이다.
실시형태 3에서 작성한 테스트셀(D)에, 주축이 하이브리드 배열한 마이너스의 굴절율 이방성을 가지는 광학매체로 이루어지는 위상차판(312, 315), 마이너스의 일축성 위상차판(311, 314), 플러스의 일축성 위상차판(319), 편광판(313, 316)을 도 39에 나타내는 배치로 서로 맞붙여, 액정표시소자(D)를 작성했다.
이때의 위상차판(312, 315, 311, 314, 319)의 리타데이션 값은 파장 550㎚의 광에 대해, 각각 26㎚, 26㎚, 350㎚, 350㎚, 및 150㎚이었다.
도 40은 25℃에서의 액정표시소자(D)의 정면에서의 전압 - 투과율 특성이다. 10V의 구형파 전압을 10초 인가하여 밴드 배향을 확인한 후, 전압을 강하시키면서 측정했다. 본 액정표시소자에서는 밴드 배향에서 스플레이 배향으로의 전이가 2.1V에서 일어나기 때문에, 실효적으로는 2.2V 이상의 전압으로 표시를 행할 필요가 있다.
다음에, 흰색 레벨 전압을 2.2V, 검은색 레벨 전압을 7.2V로 했을 때의 콘트라스트 비의 시각 의존성을 측정한 결과, 상하 126도, 좌우 160도의 범위로 콘트라스트 비 10 : 1 이상이 달성되어 있으며, 기판 배향막 면 상에 액정 디렉터 방위가 주위와는 다른 부위를 일부 설치해도, 충분한 광시약각 특성이 유지되는 것이 확인되었다. 또, 목시(目視) 관찰에 있어서도, 배향불량 및 표시 품위불량은 인정되지 않았다.
또, 3V ~ 5V 사이의 응답시간을 측정한 결과, 상승시간은 5미리초, 하강시간은 6미리초 이었다.
이상에서 명백한 바와 같이, 본 발명 액정표시장치는, 종래의 OCB모드의 광시야각 특성이나 응답특성을 희생하지 않고, 고속인 스플레이 - 밴드 배향전이를 달성할 수 있고, 그 실용적인 가치는 극히 크다.
(실시형태 19)
도 41은 실시형태 19의 액정표시장치의 요부 단면도이며, 도 41의 (a)는 전장(電場)을 인가하지 않는 초기상태의 배향을 나타내는 모식도이다. 밴드 배향형 셀로서 동작시키는 액정셀은, 2장의 평행한 기판(400, 401) 사이에 액정층(402)을 밀봉하는, 이른바 샌드위치셀이다. 통상, 한쪽의 기판에는 투명전극이, 다른쪽의 기판에는 박막트랜지스터를 구비한 화소전극이, 각각 형성되어 있다.
도 41의 (a)는, 전장을 인가하지 않은 초기상태의 배향을 나타내는 모식도이다. 초기상태의 배향은, 액정분자의 분자축이 기판(400, 401) 평면에 대해 약간의 치우침이 있으면서도 거의 평행하게 또 실질적으로 같은 모양으로 배향한 상태, 즉 호모지니어스 배향이다. 기판과의 계면에 존재하는 액정분자는, 상하 양 기판(400, 401)에서, 서로 반대 방향으로 경사져 있다. 즉, 기판과의 계면에 존재하는 액정분자의 배향각(θ1 및 θ2)(즉, 프리틸트각)은, 서로 다른 부호가 되도록 조정되어 있다. 또한, 이하의 설명에 있어서, 배향각 및 프리틸트각은, 기판에 평행한 평면에 대한 액정분자의 분자축의 기울기를, 기판에 평행한 평면을 기준으로 반시계 방향으로 플러스로서 표시한 각도이다.
도 41의 (a)의 상태의 액정층(402)에, 기판 평면에 대해 수직방향으로 어느 값을 초과하는 세기의 전장을 인가하면, 액정의 배향상태가 변화하고, 도 41의 (b)에 나타내는 바와 같은 배향으로 전이한다.
도 41의 (b)에 나타내는 배향은, 밴드 배향이라 불려지는 것이며, 양 기판 표면 부근에서는 기판 평면에 대한 액정분자의 분자축의 기울기, 즉 배향각의 절대치가 작고, 액정층(402)의 중심부분에서는 액정분자의 배향각의 절대치가 크게 되어 있다. 또, 액정층 전체에 걸쳐, 실질적으로 뒤틀림 구조를 가지고 있지 않다.
이와 같은, 호모지니어스 배향에서 밴드 배향으로의 전이를 상세하게 관찰하면, 먼저, 액정층(402)의 일부에서 밴드 배향의 핵이 발생하고 있으며, 이 핵이 호모지니어스 배향인 다른 영역을 잠식하면서 차례로 성장하여, 최종적으로는 액정층 전체가 밴드 배향이 된다. 바꿔말하면, 액정층의 밴드 배향으로의 전이에는, 핵의 발생, 즉 미소영역에서의 호모지니어스 배향에서 밴드 배향으로의 전이가 필요하다.
그래서, 발명자들은, 액정분자 배향의 단위벡터(이하, 「디렉터」라 함.)의 운동방정식을 푸는 것에 의해, 미소영역에서의 밴드 배향으로의 전이에 대해서 해석하며, 핵이 용이하게 발생할 수 있는 조건을 발견했다. 이하에, 그 수법에 대해서 설명한다.
액정의 배향상태는, 디렉터에 의해 기술된다. 또한, 디렉터(n)는 [수1]로 표시되는 함수이다.
액정의 자유에너지 밀도(f)는, [수2]에 나타내는 바와 같이, 디렉터(n)의 함수로서 표시할 수 있다.
여기서, k11, k22, k33 은 프랭크의 탄성정수이며, 각각, 스플레이, 트위스트, 밴드의 탄성정수를 나타낸다. Δε는, 액정의 분자축 방향의 유전율과 그것에 직교하는 방향의 유전율과의 차, 즉 유전율 이방성을 나타낸다. 또, E는, 외부전장이다.
[수2]에서, 제1항, 제2항, 제3항은, 각각, 액정의 퍼짐, 뒤틀림, 구부러짐에 의한 탄성에너지를 나타낸다. 또, 제4항은, 외부전장과 액정과의 전기적 상호작용에 의한 전기에너지를 나타낸다. 전기에너지는, Δε> 0 이면 n이 E와 평행하게 될 때에 최소가 되며, Δε< 0 이면 n이 E에 직교할 때에 최소가 된다. 따라서, 어느 특정의 세기를 초과하는 전장(E)이 인가되면, 액정분자는, Δε> 0 이면 분자 장축이 전장방향으로 평행하게 되도록 배향하고, Δε< 0 이면 분자 장축이 전장방향에 직교하도록 배향한다.
초기상태의 분자배향이 외부전장에 의한 변형을 받았을 때의 액정의 모든 자유에너지(F)는, f의 체적 적분으로서 나타낼 수 있다.
[수3]에 나타내는 바와 같이, 모든 자유에너지(F)는, 디렉터를 나타내는 미지함수(n(x))를 변수로서 정의되는 함수(즉, 범함수)이다. 외부전장 인가 하에서 출현하는 액정의 배향상태는, 적당한 경계조건 하에서, 모든 자유에너지(F)를 최소로 하는 n(x)로 기술된다. 즉, F를 최소로 하는 n(x)이 정해지면, 액정의 배향상태를 예측할 수 있다. 또한, 적당한 경계조건 하에서 F를 최소로 하는 시간변화를 고려한 디렉터(n(x, t))를 결정할 수 있으면, 광학정수 등의 디바이스의 모든 거동을 예측할 수 있다. 이것은, 물리적으로 말하면 전형적인 최소작용의 원리이며, 수학적으로 말하면 경계치 첨부의 변분극소 문제이다.
그래서, [수3]을 원리적으로 해결한다. 그러나, 예를 들면, 오일러 방정식을 이용하는 해석적 방법에서는, 복잡한 비선형 방정식이 나타나므로, 디렉터(n(x))의 함수형을 간단하게 결정하는 것은 곤란하다.
그래서, [수3]을 용이하게 풀기 위해서, 다음과 같은 방법을 채용한다. 먼저, 적분공간을 유한 요소법과 같은 수법에 의해 이산화한다. 즉, 모든 적분공간을 np개의 요소로 분할하고, [수3]을 각 요소의 적분의 합으로 나타낸다.
여기서, 부분 적분공간(ΔV)에서의 디렉터(n(x))에 대해, 이하와 같은 근사를 행한다. nx, ny, nz는, [수2]식에 나타내는 바와 같이 본래라면 x, y, z의 함수이지만, ΔV에서는 일정하다고 가정한다. 또, dnx,j/dx = (nx,j + dnx,j) / Δx 와 근사한다. 또한, nx,j는, 제j번째의 요소 중에서의 nx이며, 전술한 바와 같이, ΔV에서는 일정하지만, 미지수이다. 이 부분 적분공간(ΔV)에서의 n(x)의 근사는 개략적이지만, 이것을 적분공간의 분할을 세밀하게 함으로써 커버하며, 근사를 높일 수 있다.
상기 근사에 의하면, [수4]에 있어서, nx,j, ny,j, nz,j는 1개의 요소 중에서는 정수이므로, 적분 자체는 용이하게 계산할 수 있다. 그러나, 이 단계에서도, 전(全)자유에너지(F)를 나타내는 식은, 분할수에 비례하는 다수의 미지수(nx,j, ny,j, nz,j)의 고차항 및 비선형항이 존재하고, 여전히 복잡하다. 단, nx,0, ny,0, nz,0 등의 값은, 경계조건으로서 용이하게 부여할 수 있다.
상기 근사에 의하면, 전(全)자유에너지(F)는,
라는 형태로 변환된다. 즉, 전자유에너지(F)는, 미지함수 n(x)를 변수로서 정의되는 범함수에서, 미지수(nx,j, ny,j, nz,j)의 함수로 변환된다. 미지수(nx,j, ny,j, nz,j)는, 다차원의 파라미터 공간내에서, 함수(F)를 최소로 하는 값이다.
액정의 밴드 배향은, 전술한 바와 같이, 뒤틀림을 실질적으로 가지지 않는 구조이다. 디렉터(n)는, 전술한 바와 같이 본래는 x, y, z의 함수이지만, 배향각의 함수로서 나타내는 것이 가능하다. 이 경우, 밴드 배향에서의 디렉터(n)는,
로 나타낸다. 단, θ는, 기판에 평행한 평면에 대한 액정분자의 기울기, 즉 배향각이다. 또, θ는, 액정분자의 기판에서의 거리(z)에만 의존하는 것으로 한다. 도 2는, 이 디렉터를 나타낸 모식도이다.
[수6]을 [수4]에 대입하여, np개의 요소로 분할하여 이산화를 행하고, 각 요소에 대해, F를 최소화하는 θj를 구한다. 즉, 각 요소에 대해서,
이루어지는 방정식을 만족하는 θj를 구한다. 또한, d는 L/np이며, L은 기판간 거리이다.
그러나, [수7]과 같은 복잡한 비선형 방정식을, np개 연립시켜 푸는 것은 용이하지 않다. 그래서, 이하와 같은 회로유이를 행하는 것에 의해, [수7]을 해결한다. 디렉터의 운동방정식은,
로 나타낸다. 또한 η은, 액정의 점성율이다. [수8]에 대해서, 이하와 같은 회로유이를 행한다.
[수8]은,
로 변환된다. [수10]에 대응하는 회로는, 도 3에 나타내는 바와 같이, np개의 CR회로로 구성되어 있다. [수10]의 제2항은, CR회로를 흐르는 전류를 나타낸다. 또한, Rj는 방전 완화를 위한 저항으로, CR회로를 흐르는 전류(i)를, i = ∂F(Vj) / ∂Vj 로 규정하는 전압제어 저항이다.
전류(i(=∂F / ∂Vj))는, 특정의 Vj에서 0에 수속한다. 즉, Vj는, 회로 시뮬레이터에서 CR회로를 흐르는 전류가 0이 될때의 전압을 구하면, 자동적으로 구할 수 있다.
이와 같이, 디렉터의 운동방정식을 등가회로로 치환함으로써, 액정의 배향현상을 표현하는 비선형 연립방정식을 회로 시뮬레이터 상에서 해석하고, 외부전장(E)과 배향상태(배향각(θj))와의 관계를 구할 수 있다.
상기 수법에서는, 배향현상을 표현하는 비선형 연립방정식을, 전기회로적인 유추에 의해 회로로 치환하여 회로 시뮬레이터 상에서 해석하므로, 프로그램 중에는 등가회로가 설정될 뿐이며, 방정식 자체를 풀기 위한 계산 프로세스는 포함되지 않는다. 따라서, 프로그램의 단순화 및 축소를 실현할 수 있다.
또한, 상기 수법에 근거하여, 외부전장(E)의 증가에 따른 배향각(θj)의 변화를 계산하면, 배향각(θj)이 돌연 변화할때의 외부전장(E)으로서, 액정 전이의 임계전장(Ec)을 구할 수 있다.
도 44는, 상기 수법에 의거하는 계산 결과의 일예이며, 외부전장(E)을 시간과 함께 증가시켰을 때의, θj의 시간변화를 나타낸다. 또한, 도 4의 결과는, 경계조건을 θ0 = +0.1rad, θnp-1 = -0.1rad 으로서 고정하고, k11 = 6 ×10-7dyn, k33 = 12 ×10-7dyn, Δε= 10 으로서 계산한 결과이다. 도 4에 나타내는 바와 같이, 전장 인가 초기에서는, 배향각(θj)이 어느 것이나 비교적 작고, 액정의 배향상태가 호모지니어스 배향인 것을 알 수 있다. 그러나, 일정시간 경과 후, 즉 외부전장(E)이 일정 값을 초과하면(E > Ec), 배향각(θj)이 돌연 변화하여 전이가 발생한다. 전이 후의 배향각(θj)은, 양 기판 근방에서 액정층의 중심부를 향해 그 절대치가 크게 되어 있으며, 전이 후의 액정의 배향상태가 밴드 배향인 것을 알 수 있다.
임계전장(Ec)이 작을 수록, 액정의 배향상태를 호모지니어스 배향에서 밴드 배향으로 빠르게 전이시킬 수 있다. 그래서, 상기 수법에 의거하여, 액정의 배향을 결정하는 조건을 여러가지 변화시켜, 각 조건하에서의 임계전장(Ec)을 계산했다. 그 결과, 임계전장(Ec)은, 특히, 액정의 탄성정수(스플레이 탄성정수), 프리틸트각의 비대칭성에 영향을 미치는 것이 발견되었다.
도 45는, 스플레이 탄성정수(k11)와 임계전장(Ec)과의 관계를 구한 결과를 나타낸 것이다. 또한, 도 45는, 경계조건을 θ0 = +0.1rad, θnp-1 = -0.1rad 로 하고, k33 = 12 ×10-7dyn, Δε= 10 으로서 계산한 결과이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 스플레이 탄성정수(k11)가 클수록, 임계전장(Ec)이 증대한다. 특히, k11 > 10 ×10-7dyn의 범위에서는, k11의 증대에 따라, Ec가 급격히 증대한다.
따라서, 빠른 액정 전이를 실현하기 위해서는, 스플레이 탄성정수(k11)를, 10 ×10-7dyn 미만, 바람직하게는, 8 ×10-7dyn 이하로 하는 것이 유효하다. 또, 스플레이 탄성정수(k11)의 하한에 대해서는, 특히 한정하는 것은 아니지만, 6 ×10-7dyn 이상으로 하는 것이 바람직하다. k11 < 6 ×10-7dyn 의 액정재료를 합성 또는 조제하는 것은, 통상, 곤란하기 때문이다.
상기와 같은 스플레이 탄성정수(k11)를 가지는 액정재료로서는, 특히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 피리미딘계 액정, 디옥산계 액정, 비페닐계 액정 등을 열거할 수 있다.
프리틸트각의 비대칭성은, 상하 기판 사이에서의 프리틸트각의 절대치의 차(Δθ)로 나타낼 수 있다. 또, 전술한 바와 같이, 프리틸트각(Δθ 및 θnp-1)은 서로 다른 부호로 되기 때문에, 프리틸트각의 절대치의 차(Δθ)는, Δθ= |θ0 + θnp-1|로 나타낼 수 있다.
도 46의 (a)는, 상하 기판 사이에서의 프리틸트각의 절대치의 차(Δθ)와 임계전장(Ec)과의 관계를 구한 결과를 나타내는 것이다. 도 6의 (a)는, k11 = 6 ×10-7dyn, k33 = 12 ×10-7dyn, Δε= 10 으로서 계산한 결과이다. 도 6의 (a)에 나타내는 바와 같이, 프리틸트각의 차(Δθ)가 클수록, 임계전장(Ec)이 저하한다. 특히, Δθ≥0.0002rad의 범위에서는, Δθ의 증대에 따라, Ec가 급격하게 저하한다.
따라서, 빠른 액정 전이를 실현하기 위해서는, 프리틸트각의 차(Δθ)를, 0.0002rad 이상, 바람직하게는 0.035rad 이상으로 하는 것이 유효하다. 또, 프리틸트각의 차(Δθ)의 상한에 대해서는, 특히 한정하는 것은 아니지만, 통상, 1.57rad 미만, 바람직하게는 0.785rad 이하로 한다.
또한, 프리틸트각(θ0 및 θnp-1)은, 그 절대치가, 통상, 0rad을 초과하고 또 1.57rad 미만, 바람직하게는 0.017rad 이상 0.785rad 이하로 되도록 조정된다. 프리틸트각의 조정은, 기판 표면에, 사방증착법 및 랭뮤어프로젝트(LB)법 등의 방법에 의해, 적당한 액정 배향막을 형성함으로써 제어할 수 있다. 액정 배향막으로서는, 특히 한정하는 것은 아니지만, 예를 들면, 폴리이미드 수지, 폴리비닐알콜, 폴리스틸렌 수지, 폴리신나메이트 수지, 카르곤계 수지, 폴리펩티드 수지 및 고분자 액정 등을 열거할 수 있다. 또, 액정 배향막의 재료 선택 외에, 사방증착법을 채용하는 경우는 증착방향의 기판 표면에 대한 기울기를 조제하는 것에 의해, LB법을 채용하는 경우는 기판의 끌어올리는 속도 등의 조건을 조정하는 것에 의해, 프리틸트각을 제어할 수 있다.
또, 임계전장(Ec)은, 액정층 내의 전장의 불균일성에 영향을 미친다. 액정층에 발생하는 전장의 일그러짐이, 액정분자의 배향상태의 안정성에 영향을 미치기 때문이다. 또한, 전장의 불균일성은, 액정층에 실질적으로 균일하게 인가되는 주전장(E0)과, 불균일하게 인가되는 부전장(E1)과의 비(E1/E0)로 나타낼 수 있다. 또한, E1은, 인가되는 부전장의 최대치로 한다.
전장의 뷸균일성(E1/E0)과 임계전장(Ec)의 관계는, 전술한 수법에 의거하여, 이하와 같이 하여 조사할 수 있다. 즉, 액정층에, 외부전장(E)으로서 균일 전장인 주전장(E0)을 인가함과 동시에, 불균일 전장인 부전장(E1)을 중첩시켜 인가한다는 조건에서, 주전장(E0)의 증가에 따른 배향각(θj)의 변화를 계산한다. 이때, 부전장(E1)은 주전장(E0)의 증가에 따라, E1/E0이 소정의 값으로 일정하게 되도록 증가시킨다. 얻어진 계산 결과에 의해, 배향각(θj)이 돌연 변화했을 때의 주전장(E0)으로서, 액정 전이의 임계전장이 구해진다.
도 47은, 상기 수법에 의거하여, E1/E0의 값을 여러가지 변화시켜, 각 조건하에서의 임계전장(Ec)을 계산한 계산 결과의 일예이다. 또한, 도 7의 결과는, 경계조건을 θ0 = +0.26rad, θnp-1 = -0.25rad 로 고정하고, k11 = 6 ×10-7dyn, k33 = 12 ×10-7dyn, Δε= 10 으로서 계산한 결과이다. 도 47에 나타내는 바와 같이, E1/E0가 클수록, 즉 전장의 불균일성이 클수록, 임계전장(Ec)이 증대하고, E1/E0 = 1 부근에서는 Ec는 무한적으로 작게 된다. 이것은, 액정층의 전장에 일그러짐이 존재하면, 전장이 같은 모양인 경우에 비해 호모지니어스 배향이 불안정하게 되어, 그 결과, 밴드 배향으로의 전이가 빠르게 발현하기 때문이라고 생각할 수 있다.
따라서, 빠른 액정 전이를 실현하기 위해서는, 액정층에, 실질적으로 균일한 주전장(E0)과 함께, 공간적으로 불균일한 전장(E1)을 인가하는 것이 유효하다. 특히, 0.01 < E1/E0 < 1 로 하는 것이 유효하다. E1/E0 ≤ 0.01의 범위에서는, 불균일 전장 인가에 의한 액정 전이를 촉진하는 효과를 충분히 얻는 것은 곤란하며, E1/E0 ≥ 1의 범위에서는, 인가전압이 너무 커지기 때문에 실제의 사용에 적당하지 않다고 하는 문제가 있기 때문이다. 또, 0.5 ≤E1/E0 ≤1 로 하는 것이 바람직하다.
불균일 전장(E1)은, 박막트랜지스터의 소스전극과 투명전극과의 사이에 인가한 전압을 이용함으로써, 액정층에 대해 기판에 수직인 방향으로 인가할 수 있다. 또, 불균일 전장(E1)은, 주파수 100㎑ 이하의 교류전압으로 하는 것이 바람직하고, 또, 진폭을 시간적으로 감쇄시키는 것이 바람직하다.
임계전장(Ec)을 저하시키는 조건인, 스플레이 탄성정수(k11), 프리틸트각의 비대칭성(Δθ) 및 전장의 불균일성(E1/E0) 이라는 3가지 조건 중, 2가지 조건 내지 3가지 조건을 조합하여 만족시키는 것이 바람직하다. 이들의 조건을 조합하는 것에 의해, 각 조건을 1개만 만족시키는 경우에 비해, 더욱 확실하게 임계전장(Ec)을 보다 확실하게 저하시킬 수 있기 때문이다.
예를 들면, 도 46의 (b)는, 실질적으로 균일한 외부전장(E0)과 함께, 불균일한 전장(E1)을 인가하는 것 이외는, 도 46의 (a)와 동 조건으로 계산한 결과이다. 또한, 도 46의 (b)는, E1/E0 = 0.03 으로 한 경우의 결과이다. 도 46의 (a) 및 (b)의 비교에서 알 수 있듯이, 프리틸트각의 비대칭성 및 전장의 불균일성의 2가지 조건을 조합하여 만족시킴으로써, 임계전장(Ec)을 보다 저하시켜, 더욱 빠른 액정 전이를 실현할 수 있다.
이상에 설명한 바와 같이, 본 발명의 구성에 의하면, 본 발명의 각 과제를 충분히 달성할 수 있다.
*이상과 같이, 본 발명에 의하면, OCB셀을 이용한 액정표시장치의 구동방법으로, 한쌍의 기판에, 바이서스 전압을 중첩한 교류전압을 인가하여, 이것을 연속 인가함으로써, 또는, 한쌍의 기판에, 바이어스 전압을 중첩한 교류전압을 인가하는 공정과 오픈상태 혹은 저전압을 인가하는 공정을 교호 반복함으로써, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이를 거의 확실하게 또 극히 단시간에 완료할 수 있어, 표시결함이 없으며, 응답속도가 빠르고 동화상표시에 적당하며, 또 광시양의 밴드 배향형 OCB의 액정표시장치를 얻을 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이를 확실하게 빠르게 하기 쉽고, 표시결함이 없는 액티브 매트릭스형의 액정셀로 이루어지는 고속응답 광시야에서 고화질의 OCB 표시모드의 액정표시장치를 얻을 수 있다고 하는 효과를 얻을 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 어레이기판과 대향기판의 사이의 액정층 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향의 액정셀에서, 전압 무인가 시에는 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 전압 인가에 의해 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리가 행해져, 이 초기화된 밴드 배향상태에서 액정표시 구동을 행하는 액티브 매트릭스형의 액정표시장치에 있어서, 1화소 내에, 적어도 하나의 전이 여기용의 횡전계 인가부를 가지고, 이 횡전계 인가부에 의해 횡전계를 발생시킴과 동시에, 화소전극과 공통전극 사이에 연속적 또는 간헐적으로 전압을 인가하고, 화소마다 전이핵을 발생시켜 화소 전체를 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시킴으로써, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로의 전이를 빠르고 확실하게 일으켜, 이것에 의해 표시결함이 없는 또한 고속응답이고 광시야 고화질의 OCB 표시모드의 액정표시장치를 제공하는 것이 가능하게 된다.
또, 본 발명에 의하면, OCB 표시모드의 배향 액정표시소자는, 한쌍의 기판 사이에 협지되는 액정층과, 기판의 외측에 배설되는 위상 보상판을 포함하는 병렬 배향 액정표시소자이며, 확실하게 또 고속인 스플레이 - 밴드 배향전이를 달성할 수 있고, 그 실용적 가치는 극히 크다.
또, 본 발명에 의하면, 서로 대향하는 제1의 기판과 제2의 기판과의 사이에 유지된 액정에 전장을 인가하고, 상기 액정의 배향을 밴드 배향으로 전이시키는 방법으로서, 상기 액정의 스플레이 탄성정수(k11)를, 10 ×10-7dyn ≥k11 ≥6 ×10-7dyn의 범위로 하고, 또, 상기 제1의 기판에 대한 상기 액정의 프리틸트각의 절대치를 θ1로 하여, 상기 제2의 기판에 대한 상기 액정의 프리틸트각의 절대치를 θ2로 했을 때, 1.57rad > | θ1 - θ2 | ≥0.0002rad 되는 관계를 충족하므로, 액정을 밴드 배향에 빠르게 전이시킬 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 서로 대향하는 제1의 기판과 제2의 기판과의 사이에 유지된 액정에 전장을 인가하고, 상기 액정의 배향을 밴드 배향으로 전이시키는 방법으로서, 상기 액정의 스플레이 탄성정수(k11)를, 10 ×10-7dyn ≥k11 ≥6 ×10-7dyn의 범위로 하고, 또, 상기 전장이, 공간적으로 균일하게 인가되는 주전장에, 공간적으로 불균일하게 인가되는 부전장을 중첩시킨 전장이며, 상기 주전장을 E0로 하고, 상기 부전장의 최대치를 E1로 했을 때, 1.0 > E1/E0 >1/100 되는 관계를 충촉시키므로, 액정을 밴드 배향으로 빠르게 전이시킬 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 서로 대향하는 제1의 기판과 제2의 기판과의 사이에 유지된 액정에 전장을 인가하고, 상기 액정의 배향을 밴드 배향으로 전이시키는 방법으로서, 상기 제1의 기판에 대한 상기 액정의 프리틸트각의 절대치를 θ1로 하고, 상기 제2의 기판에 대한 상기 액정의 프리틸트각의 절대치를 θ2로 했을 때, 1.57rad > | θ1 - θ2 | ≥0.0002rad 되는 관계를 충족하고, 또, 상기 전장이, 공간적으로 균일하게 인가되는 주전장에, 공간적으로 불균일하게 인가되는 부전장을 중첩시킨 전장이며, 상기 주전장을 E0로 하고, 상기 부전장의 최대치를 E1로 했을 때, 1.0 > E1/E0 >1/100 되는 관계를 충촉시키므로, 액정을 밴드 배향으로 빠르게 전이시킬 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 서로 대향하는 제1의 기판과 제2의 기판과의 사이에 유지된 액정에 전장을 인가하고, 상기 액정의 배향을 밴드 배향으로 전이시키는 방법으로서, 상기 액정의 스플레이 탄성정수(k11)를 10 ×10-7dyn ≥k11 ≥6 ×10-7dyn의 범위로 하고, 상기 제1의 기판에 대한 상기 액정의 프리틸트각의 절대치를 θ1로 하며, 상기 제2의 기판에 대한 상기 액정의 프리틸트각의 절대치를 θ2로 했을 때, 1.57rad > | θ1 - θ2 | ≥0.0002rad 되는 관계를 충족하고, 또, 상기 전장이, 공간적으로 균일하게 인가되는 주전장에, 공간적으로 불균일하게 인가되는 부전장을 중첩시킨 전장이며, 상기 주전장을 E0로 하고, 상기 부전장의 최대치를 E1로 했을 때, 1.0 > E1/E0 >1/100 되는 관계를 충촉시키므로, 액정을 밴드 배향으로 빠르게 전이시킬 수 있다.
상기의 구체적인 실시태양은, 어디까지나, 본 발명의 기술내용을 명확하게 하는 것으로서, 그와 같은 구체예에만 한정하여 협의로 해석되는 것이 아니고, 본 발명의 정신과 다음에 기재하는 특허청구사항의 범위 내에서, 여러가지 변경하여 실시할 수 있다.
도 1은, 밴드 배향형의 OCB셀을 구비한 액정표시장치의 일부분을 나타내는 사시도이다.
도 2는, 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이하는 모습을 설명하는 액정셀의 단면도이다.
도 3은, 본 발명의 실시형태 1에 관한 액정표시장치의 구동법에 의한 화소단위의 구성 개념도이다.
도 4는, 본 발명의 실시형태 1에서 사용한 배향전이용 전압 파형도이다.
도 5는, 본 발명의 실시형태 1에서의 바이어스 전압과 전이시간의 관계도이다.
도 6은, 본 발명의 실시형태 2에 관한 액정표시장치의 구동법에 의한 화소단위의 구성 개념도이다.
도 7은, 본 발명의 실시형태 2에서 사용한 배향전이용 전압 파형도이다.
도 8은, 본 발명의 실시형태 2에서의 바이어스 전압과 전이시간의 관계도이다.
도 9는, 본 발명의 실실형태 3에 관한 액정표시장치의 구동법에 의한 화소단위의 구성 개념도이다.
도 10은, 본 발명의 실시형태 3에서 사용한 배향전이용 전압 파형도이다.
도 11은, 본 발명의 실시형태 3에서의 바이어스 전압과 전이시간의 관계도이다.
도 12는, 본 발명의 실시형태 4에 관한 액정표시장치의 구동법에 의한 화소단위의 구성 개념도이다.
도 13은, 본 발명의 실시형태 4에 관한 액정표시장치의 통상 구동전압 파형도이다.
도 14는, 본 발명의 실시형태 4에서 사용한 배향전이용 전압 파형도이다.
도 15는, 본 발명의 실시형태 5에서 사용한 배향전이용 전압 파형도이다.
도 16은, 본 발명의 실시형태 7에 관한 액정표시장치의 개략 단면도이다.
도 17은, 본 발명의 실시형태 7에 관한 액정표시장치의 개략 평면도이다.
도 18은, 본 발명의 실시형태 7에 관한 액정표시장치의 제조방법을 나타내는 도면이다.
도 19는, 본 발명의 실시형태 8에 관한 액정표시장치를 나타내는 도면이고, 도 19의 (a)는 액정표시장치의 개략 단면도, 도 19의 (b)는 액정표시장치의 개략 평면도이다.
도 20은, 본 발명의 실시형태 9에 관한 액정표시장치의 구성을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 20의 (a)는 액정표시장치의 개략 평면도, 도 20의 (b)는 액정표시장치의 개략 단면도이다.
도 21은, 동일하게, 본 발명의 실시형태 9에 관한 액정표시장치의 구성을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 22는, 본 발명의 실시형태 9에 관한 액정표시장치의 다른 예를 나타내는 도면이다.
도 23은, 본 발명의 실시형태 10에 관한 액정표시장치의 구성을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 23의 (a)는 액정표시장치의 개략 평면도, 도 23의 (b)는 액정표시장치의 개략 단면도, 도 23의 (c)는 다른 예의 액정표시장치의 개략 단면도, 도 23의 (d)는 다른 예의 액정표시장치의 개략 단면도이다.
도 24는, 본 발명의 실시형태 11에 관한 액정표시장치의 구성을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 24의 (a)는 액정표시장치의 개략 평면도, 도 24의 (b)는 전계의 일그러짐을 나타내는 개략도이다.
도 25는, 본 발명의 실시형태 12에 관한 액정표시장치의 구성을 개념적으로 나타낸 도면이고, 도 25의 (a)는 액정표시장치의 개략 단면도, 도 25의 (b)는 개략 평면도이다.
도 26은, 본 발명의 실시형태 13에 관한 액정표시장치의 단면구성을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 27은, 본 발명에 관한 액정표시장치의 실시형태 13, 14의 유리기판 상에 형성된 볼록 형상물의 제조 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 28은, 본 발명에 관한 도 27에 이어서 볼록 형상물의 제조 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 29는, 본 발명의 실시형태 13에 이용한 기판의 러빙방향을 나타내는 도면이다.
도 30은, 실시형태 14의 구성 외관도이다.
도 31은, 실시형태 14의 평면도이다.
도 32는, 본 발명의 실시형태 15의 액정표시장치의 스플레이 - 밴드 전이시간의 검토에 이용한 테스트 셀의 구성 외관도이다.
도 33은, 본 발명의 실시형태 15의 액정표시장치의 볼록 형상물의 제조 프로세스를 설명하기 위한 도면이다.
도 34는, 본 발명의 실시형태 16의 액정표시장치의 단면구성을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 35는, 본 발명의 실시형태 16의 액정표시장치에 이용한 투명전극의 패턴을 개념적으로 나타내는 도면이다.
도 36은, 실시형태 17에 관한 액정표시장치의 요부 단면도이다.
도 37은, 도 36의 일부의 확대도이다.
도 38은, 실시형태 18에 관한 액정표시장치의 요부 단면도이다.
도 39는, 실시형태 18에 관한 액정표시장치에 이용한 액정셀에서의 광학소자의 배치를 설명하기 위한 도면이다.
도 40은, 실시형태 18에 과한 액정표시장치에 이용한 액정셀의 전압-투과율 특성을 나타내는 도면이다.
도 41은, 호모지니어스 배향을 나타내는 모식도 (a)와, 밴드 배향을 나타내는 모식도 (b)이다.
도 42는, 액정층의 디렉터를 나타내는 도면이다.
도 43은, CR 등가회로를 나타내는 도면이다.
도 44는, 시간과 함께 증가하는 외부전극 하에서의 액정의 배향각(θj)의 시간변화를 나타내는 도면이다.
도 45는, 스플레이 탄성정수(k11)와 임계전장(Ec)과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 46은, 프리틸트각의 절대치의 차(Δθ)와 임계전장(Ec)과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 47은, 전장의 불균일성(E1/E0)과 임계전장(Ec)과의 관계를 나타내는 도면이다.
도 48은, 종래예의 단면도이다.

Claims (10)

  1. 한쌍의 기판 사이에 협지되는 액정층과, 기판의 외측에 배설되는 위상 보상판을 포함하고, 전압 무인가 시에는 상기 액정층은 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 전압 인가에 의해 상기 액정층의 배향상태를 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리를 행하여, 그 초기화된 밴드 배향상태로 액정표시 구동을 행하는 액정표시장치에 있어서,
    표시화소 외에 액정층 두께의 작은 영역을 적어도 1곳 포함하며, 또 상기 영역의 액정층에 인가되는 전계강도가, 화소 내 액정층에 인가되는 전계강도보다도 큰 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 한쌍의 기판 사이에 협지되는 액정층과, 기판의 외측에 배설되는 위상보상판을 포함하고, 전압 무인가 시에는 상기 액정층은 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 전압인가에 의해 상기 액정층의 배향상태를 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리를 행하며, 이 초기화된 밴드 배향상태에서 액정표시 구동을 행하는 액정표시장치에 있어서,
    표시화소 내에 전계 집중부위를 적어도 한곳을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 표시화소 내에 설치된 전계 집중 부위가 액정층의 두께방향으로 부분적으로 돌출한 표시전극, 혹은 공통전극의 일부 또는, 그 양쪽에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 한쌍의 기판 사이에 협지되는 액정층과, 기판의 외측에 배설되는 위상 보상판을 포함하고, 전압 무인가 시에는 상기 액정층은 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 전압 인가에 의해 상기 액정층의 배향상태를 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리를 행하여, 이 초기화된 밴드 배향상태로 액정표시 구동을 행하는 액정표시장치에 있어서,
    표시화소 외에 전계 집중부위를 적어도 1곳 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 전계 집중부위가 액정층의 두께방향으로 부분적으로 돌출한 전극의 일부인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 한쌍의 기판 사이에 협지되는 액정층과, 기판의 외측에 배설되는 위상 보상판을 포함하고, 전압 무인가 시에는 상기 액정층은 상하 계면의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 전압 인가에 의해 상기 액정층의 배향상태를 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리를 행하여, 이 초기화된 밴드 배향상태로 액정표시 구동을 행하는 액정표시장치에 있어서,
    표시전극, 혹은 공통전극의 일부, 또는 그 양쪽에 개구부를 가지고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 개구부가, 스위칭소자를 포함하는 액티브 매트릭스형 액정표시장치의, 평탄화막 상에 형성한 표시전극과 이 스위칭소자와 전기적으로 접속하는 도통구인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 한쌍의 기판 사이에 협지되는 액정층과, 기판의 외측에 배설되는 위상보상판을 포함하고, 전압 무인가 시에는 상기 액정층은 상하 계면의 액정의 프리틸트각이 정부 반대로, 서로 평행하게 배향처리된 스플레이 배향으로 되어 있으며, 액정표시 구동에 앞서, 전압인가에 의해 상기 액정층의 배향상태를 스플레이 배향에서 밴드 배향으로 전이시키는 초기화 처리를 행하며, 이 초기화된 밴드 배향상태에서 액정표시구동을 행하는 액정표시장치에 있어서,
    표시화소 내에 주위보다도 액정층 막의 작은 영역을 적어도 한 곳 포함하고, 또 상기 영역 내의 액정층에 인가되는 전계강도가, 주위의 액정층에 인가되는 전계강도보다도 큰 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 위상 보상판이, 주축이 하이브리드 배열한 마이너스의 굴절율 이방성을 가지는 광학매체로 이루어지는 위상 보상판을 적어도 1장 포함하는 위상 보상판인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 위상 보상판이, 적어도 1장의 플러스의 위상 보상판을 포함하는 위상 보상판을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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