JP2006139243A - 液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】スプレー相からベンド相への相転移を起こすのに必要な初期駆動電圧を低くすることができ、ベンド相への相転移時間が短くすることにより、隣接するセルへの相伝播を容易にすると共に、下部の金属配線との寄生容量の生成問題を解決する液晶表示装置及びその製造方法を提供する。
【解決手段】画素電極である第1電極間の間隔を3μm以下に形成して、下部の金属配線との間隔が3μm以上になるように絶縁膜を形成することによって、OCBモードの液晶表示装置の液晶の初期駆動電圧すなわち、スプレー相からベンド相への相転移を起こすのに必要な初期駆動電圧を低くし、隣接するピクセルへの相の伝播を容易にすると共に、下部の金属配線との寄生容量の生成問題を解決した。
【選択図】図4
【解決手段】画素電極である第1電極間の間隔を3μm以下に形成して、下部の金属配線との間隔が3μm以上になるように絶縁膜を形成することによって、OCBモードの液晶表示装置の液晶の初期駆動電圧すなわち、スプレー相からベンド相への相転移を起こすのに必要な初期駆動電圧を低くし、隣接するピクセルへの相の伝播を容易にすると共に、下部の金属配線との寄生容量の生成問題を解決した。
【選択図】図4
Description
本発明は、液晶表示装置及びその製造方法に係り、さらに詳しくは、画素電極を間隔である3μm以下である第1電極を形成して、第1電極の下部に位置する金属配線との距離が3μm以上が維持されるように絶縁膜を形成する液晶表示装置及びその製造方法に関する。
情報化社会が進展するに従い、大容量の情報を処理してこれを表示する表示装置が開発されている。近年では、平板表示装置が注目を集め始め、薄形化、軽量化及び低消費電力化などの長所を持っている液晶表示装置が特に注目を集めている。
液晶表示装置の駆動原理は液晶の光学的異方性と分極性質を利用する。液晶は構造が長いため分子の配列に方向性を持っており、人為的に液晶に電界を印加して分子配列の方向を制御することができる。このような電界による液晶分子の配列方向を制御することによって、光学的異方性を制御することができて液晶を通過する光を制御して画面に画像情報を表現することができる。
このような液晶表示装置の多くの方式のうちで速い応答速度及び広い視野角を有するためにOCB(Optically Compensated Bend)方式が開発されている。
このOCB方式の液晶表示装置は、画素電極と共通電極上にそれぞれ配向膜を形成し、対向する配向膜に同じ方向にラビング処理を施し、画素電極と共通電極との間の一対の配向膜同士の間に液晶を注入した後、初期に高電圧を印加して液晶をスプレー相(Splay Phase)からベンド相(Bend Phase)に相変移を起こした後、液晶をオン/オフさせ画像情報を表現する液晶表示装置である。
しかし、このようなOCB方式の液晶表示装置は、ベンド相への相変移を起こす初期電圧が高くて、隣接する画素(ピクセル)への相伝播が難しいだけでなく相変移が起こる時間が数秒程度かかる短所がある。
したがって、本発明は、このような従来技術の問題点を解決するために創案されたものあって、OCBモードの液晶の初期駆動電圧すなわち、スプレー相からベンド相への相転移を起こすのに必要な初期駆動電圧を低くすることができ、ベンド相への相転移時間が短くすることにより、隣接するセルへの相伝播を容易にすると共に、下部の金属配線との寄生容量の生成問題を解決する液晶表示装置及びその製造方法を提供することを目的とする。
そこで、本発明の第1の特徴は、液晶表示装置であって、第1基板と、前記第1基板の一側表面上に形成された導電層と、前記導電層上に形成されて、3μm以上の厚さを有する絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成されて、3μm以下の間隔を有する複数の第1電極と、前記第1基板と対向し、該第1基板と対向する一側表面に第2電極が形成された第2基板と、前記第1基板と第2基板との間に介在された液晶層と、を含むことを要旨とする。
本発明の第2の特徴は、液晶表示装置の製造方法であって、第1基板上に導電層を形成する工程と、前記導電層が形成された前記第1基板上に3μm以上の厚さを有する絶縁膜を形成する工程と、前記絶縁膜が形成された第1基板上に第1電極物質を形成する工程と、前記第1電極物質をパターニングして3μm以下の間隔を有する複数の第1電極を形成する工程と、第2基板上に第2電極を形成する工程と、前記第1電極と前記第2電極とが互に対向すると共に、前記第1基板と前記第2基板を封止する工程と、前記第1基板と第2基板間に液晶を封入して液晶層を形成する工程と、を含むことを要旨とする。
したがって、本発明によれば、画素電極である第1電極間の間隔を3μm以下に形成して、下部の金属配線との間隔が3μm以上になるように絶縁膜を形成することによって、OCBモードの液晶表示装置の液晶の初期駆動電圧、すなわちスプレー相からベンド相への相転移を起こすのに必要な初期駆動電圧を低くすることができ、人工核を作る問題を解決することができて、ベンド相への相転移時間が短くなって、隣接するセルへの相伝播が容易になるだけでなく、下部の金属配線との寄生容量の生成問題を解決することができる効果がある。
以下、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置及びその製造方法の詳細を図面に基づいて説明する。但し、図面は模式的なものであり、各材料層の厚みやその比率などは現実のものとは異なることに留意すべきである。したがって、具体的な厚みや寸法は以下の説明を参酌して判断すべきものである。また、図面相互間においても互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれていることは勿論である。また、各実施の形態において、同一部材は同一の符号を付して説明する。
図1〜図4は、本発明の実施の形態に係る液晶表示装置の製造方法を示す断面図である。
図1に示すように、例えば、ガラス、プラスチック等のような透明な材料でなる第1基板101の一側表面上に、スキャンライン、データライン及びコモンライン等のような部材を形成する。このとき、スキャンライン、データライン及びコモンラインは、各ピクセルに電気的信号を伝達するために伝導性の金属配線102で形成する。このとき、第1基板101の一側表面上に薄膜トランジスタ及びキャパシタをさらに形成することができる。
続いて、多くの金属配線102が形成された基板上に、下部部材を保護するパッシベーション層又は下部のモーフォロジーを除去する平坦化層のような絶縁膜103を形成する。この絶縁膜103は、ベンゾシクロブテン(BCB)又はアクリル(acrylic)系物質等のような高分子有機物をスピンコーティング法で単層又は多層で形成して、その厚さが3μm以上になるように形成する。
続いて、絶縁膜103が形成された第1基板101上にITO(Indium-Tin Oxide)又はIZO(Indium Zinc Oxide)等のような透明な導電体で第1電極物質を物理的気相蒸着法(Physical Vapor Deposition)又は化学的気相蒸着法(Chemical Vapor Deposition)等を利用して蒸着する。
続いて、第1電極物質をパターニングして第1電極104を形成する。このとき、第1電極104間の間隔(すなわち、図面符号Aの長さ)が3μm以下になるように形成する。図1に示すように、第1電極104間の間隔が狭くなって下部の金属配線102と重なる領域が発生して、絶縁膜の厚さが薄ければ、第1電極104と金属配線102間Bには寄生容量が発生するようになって液晶表示装置の特性に悪影響を与えるようになる。しかし、本発明では絶縁膜103の厚さを十分に厚く形成(3μm以上)することによって、第1電極104と金属配線102間には寄生容量が発生しなくなる。
このとき、スキャンライン、データライン及びコモンラインのような金属配線102は、第1電極104間の下部に位置するようになる。一般的に金属配線102で各ピクセルの領域が定義される。すなわち、スキャンライン、データライン及びコモンラインは相互に垂直をなすように形成されて、スキャンライン、データライン及びコモンラインにより分けられる一つの区域が一つのピクセルと定義される。
続いて、第1電極104が形成された基板上にポリイミドのような高分子物質を用いて500〜1000Åの厚さを有する第1配向膜105を形成する。このとき、配向膜を形成する方法はスピンコーティング法、ディッピング法又はローラコーティング法等のような方法を利用して形成することができるが、望ましくはローラコーティング法で形成する。
続いて、上記配向膜第1配向膜105を特定の方向にラビング(Rubbing)する工程を行う。このとき、第1配向膜105は、一定な方向に谷を形成して以後注入される液晶が一定な方向に配向されるようにする役割をするようになる。
一方、図2に示すように、ガラスやプラスチックのような透明な材料でなる第2基板201の一側表面上に共通電極である第2電極202を、ITO又はIZOのような透明な導電体を物理的気相蒸着法又は化学的気相蒸着法を利用して形成する。
続いて、この第2電極202が形成された第2基板201上に500〜1000Åの厚さを有する第2配向膜203を形成する。このとき、第2配向膜203は、第1配向膜105と同様にポリイミドのような高分子物質をスピンコーティング法、ディッピング法又はローラコーティング法のうちいずれか一つを利用して形成する。
次に、第2配向膜203を、上記第1配向膜105と同じ方向にラビングする。
このとき、第1配向膜105及び第2配向膜203のラビング工程は第1配向膜104及び第2配向膜203によるプレチルト角(Pretilt Angle)が5〜20゜を有するようにする。
そして、図3に示すように、多くの素子が形成された第1基板101と第2基板201を第1電極104と第2電極202が相互に向い合いながら対向するように封止して液晶表示装置を一部完成する。
このとき、第1基板101と第2基板201との間に1.5〜2.5μmの空いた空間が形成されるようにする。すなわち、第1配向膜105と第2配向膜203間の間隔(すなわち、図面符号Tの長さ)が1.5〜2.5μmになるように形成する。
このとき、第1配向膜105と第2配向膜203の間隔の設定は、封止工程で両基板間にスペーサを挿入することで可能である。
続いて、これら第1基板101と第2基板201との間の空間にOCBモードの液晶300を注入(封入)する液晶注入工程を行う。この液晶注入工程は、液晶表示装置を液晶300が入れられた容器を有する真空装置に入れ、真空装置内部を真空状態に作ることで両基板間の空いた空間も真空状態になって、液晶表示装置を液晶300の中に浸したとき、真空装置内部の真空程度を低くめることによって、毛細管作用及び圧力差により前記液晶表示装置内部の空いた空間に液晶300が注入される。このとき、注入された液晶300は液晶層を形成するようになるが、その厚さは第1配向膜105と第2配向膜203間の間隔と同一になる。
このように、注入された液晶は図3に示すように第1配向膜105及び第2配向膜203により中心を基準にして相互に対称な形態に配列されて、配向膜に近い位置にある液晶は配向膜のプレチルト角により所定の傾斜角を有し、反面中心部は傾斜角が0゜近くになる。なお、液晶300は誘電率異方性が大きいことが望ましい。
図4に示すように、第1基板101の他側表面側に第1偏光板401と反射板402、拡散板403及び光を照射するLED404を含む光源装置を配置する。このとき、第1偏光板401は、第1基板101上に多くの素子を形成するときに同時に形成しても構わない。
ここで、LED404はR(赤)、G(緑)及びB(青)群及びC(シアン)、M(マゼンタ)及びY(イエロー)群のうちいずれか一つ以上の群を利用することができる。また、LED404は、W(白)の光を発光するようにしてもよい。
このとき、第2基板201の他側表面上にも二軸補償板(Biaxal Compensation Film)405及び第2偏光板406を形成することができる。このとき、第1偏光板401と第2偏光板406は偏光軸が相互に直交するように形成する。
また、LED404の発光色が白色である場合には、第2電極202と第2基板201間に相隣接する第1電極104同士の間隔A、すなわち、第1電極104が存在しない領域と対応する領域にはブラックマトリクス(BM:Black Matrix)を、第1電極と対応する領域にカラーフィルタを形成することができる。
なお、図5及び図6は、それぞれ従来技術である比較例と本発明により形成された液晶表示装置で第1電極と第2電極間のエネルギー分布を説明するための概略図であって、第1電極501a、501b、501c及び501dと前記第1電極501a、501b、501c及び501dと対応する第2電極502a及び502bが形成された液晶表示装置に一定な電圧を印加した時のそれぞれの電界強さ503a及び503b、ベンド相の安定化度504a及び504b及びスプレー相の安定化度505a及び505bを表示した。
図5に示す従来の技術により形成された液晶表示装置(比較例)の液晶の動作を示す概略図において、電界強さ503aは、第1電極501a及び501b間の間隔Cが3μm以上形成されていて、間隔Cの中央部で低いことを見ることができる。これにより、ベンド相安定化度504aがスプレー相安定化度505aより低くなって(E領域)これにより液晶はスプレー相で維持することがさらに安定な状態になる。
これに反して図6に示す本発明により形成された液晶表示装置の液晶の動作原理を示す概略図では、電界強さ503bが、第1電極501c及び501d間の間隔Dが3μm以下に形成されていて、間隔Dの中央部で高いことを見ることができ、これにより、この部分でベンド相安定化度504bがスプレー相安定化度505bより高くなってこれにより液晶はベンド相に相変移を起こすようになる。
したがって、第1電極間の間隔を3μm以下に形成するようになれば、第1電極の間隔に存在する液晶等も電界の強度が強いのでスプレー相よりはベンド相である時さらにエネルギー的に安定であるのでベンド相に相変移が容易に起こるようになる。
図7及び図8は、従来技術と本発明により形成された液晶表示装置の液晶動作原理を説明するための概略図である。図7及び図8を参照すると、図7で見るように第1ピクセルと第2ピクセル(この時、前記第1ピクセルは符号501aの第1電極を含むピクセルであって、第2ピクセルは符号501bの第1電極を含むピクセルである。)の第1電極501a及び501b及び第2電極502aに一定な電圧(初期電圧)を印加した時、第1電極501a及び501b及び第2電極502a間に存在する液晶506は前記電圧により発生した電界と核生成(この時、前記核生成は確率的に発生するので特定領域では発生しないことがある)によりスプレー相からベンド相に相転移になって大部分のピクセル(第1ピクセル)の液晶が初期電圧によりベンド相の液晶506aに相転移を起こすようになる。
しかし、一部ピクセル(第2ピクセル)は核生成が発生しなくて(確率的に発生しない可能性がある)相転移を起こすのに十分な初期電圧が印加されても相転移を起こさず、スプレー相の液晶506bで存在するようになる。
このとき、第1電極501a及び501bの間隔上に位置した液晶506cは図5を参照した説明と同じ理由でスプレー相の液晶を維持するようになる。
一般的に液晶は相を伝播する特性があるが一定な時間が経過された後にもスプレー相の液晶506bは相変らずスプレー相を維持するようになる。このような理由は、第1電極501a及び501bの間隔Cがあまり広くて、間隔C上に存在する液晶506cはベンド相に転移するにはエネルギー的に不安定なためベンド相の液晶506aの相がスプレー相の液晶506cに伝播されなくなるからである。
したがって、初期電圧印加にもかかわらず、スプレー相を維持する液晶506cが存在するピクセル(第2ピクセル)は正常的な作動をせず液晶表示装置の性能を低下させるようになる。
これに反し、図8に示すように、本発明により形成された液晶表示装置の場合には確率的に核生成が発生しなくていずれか特定のピクセル(第3ピクセル)の液晶がスプレー相の液晶507aで存在していても、初期電圧により隣接するピクセル(第4ピクセル)の液晶がベンド相の液晶507bに相転移を起こして、図6を参照した説明と同じ理由で第1電極501c及び501dの間隔上に存在する液晶がベンド相の液晶507cに相転移を起こすならば、一定な時間が経過した後にはベンド相の液晶507bに相転移したピクセル(第4ピクセル)の相が伝播508されてスプレー相の液晶507aもベンド相の液晶507dに相転移を起こすようになる。この時、第3ピクセルは符号501dの第1電極を含むピクセルであって、第4ピクセルは符号501cの第1電極を含むピクセルである。
この時、第1電極501c及び501d及び第2電極(502b)に印加される初期電圧は従来技術により形成された液晶表示装置より低くめることができるようになるが、本発明における初期電圧は15〜25V、望ましくは20Vで印加しても可能になる。このような理由は図8を参照しながら説明すれば、印加された電圧が25V以上であればほとんどすべてのピクセルをベンド相に転移するようになるが、25Vより低い電圧すなわち、20Vが印加されるようになれば核生成が円滑に行われなくて多くの数のピクセル(第3ピクセルのようなピクセル)が発生するようになるが、隣接するピクセルのうち一つのピクセル(第4ピクセル)がベンド相に転移に成功しさえすれば転移されないピクセル(第3ピクセル)も相の伝播によりベンド相に転移するようになるので低い電圧でも全体ピクセルの相転移が可能になる。
また、相転移時間は、0.2〜1秒でも十分に相転移が完了することができるようになる。このような理由も上述したようにいずれか一つのピクセル(第4ピクセル)が先にベンド相に転移に成功するようになれば隣接するピクセル(第3ピクセル)に相を伝播するようになるので隣接するピクセル(第3ピクセル)も容易にベンド相に速い時間に転移され従来の数秒程度かかる相転移時間が0.2〜1秒でも十分に完了するようになる。
したがって、いずれか特定のピクセル(第3ピクセル)で十分な初期電圧を印加しても確率的に核生成が起こらなくてベンド相への相転移が起こらないとしても、ピクセル間の間隔が3μm以下の間隔を持っている場合には、ピクセル間の液晶等も電界の集中によりベンド相への相転移が容易に起こることができて、ベンド相への相転移が起こったピクセル(第4ピクセル)で相の伝播が起きてスプレー相のいずれか特定のピクセル(第3ピクセル)をベンド相に相転移を起こすことができる。
結果的に、図4及び図8を参照して説明すれば、ピクセル間の間隔が3μm以下に形成するようになれば、いずれか特定のピクセルが初期電圧を印加してもベンド相への相転移が発生しないとしても隣接するピクセルのベンド相の相が容易に伝播されて相転移が起こらないピクセルをベンド相に相転移をさせることができることになる。しかし、ピクセル間の間隔が3μm以下に近づくようになるによって第1電極下部に形成された配線等のような導電体と寄生容量を発生させる問題があるため第1電極下部の導電体との間隔が3μm以上を維持するように絶縁膜を形成することによって、ベンド相への相転移時間が短くなって、隣接するセルへの相伝播が容易になるだけでなく、下部の金属配線との寄生容量の生成問題を解決することができる効果がある。
上述した実施の形態の開示の一部をなす論述および図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施の形態、実施例および運用技術が明らかとなろう。
102 金属配線
103 絶縁膜
104 第1電極
105 第1配向膜
202 第2電極
203 第2配向膜
300 液晶
103 絶縁膜
104 第1電極
105 第1配向膜
202 第2電極
203 第2配向膜
300 液晶
Claims (27)
- 第1基板と、
前記第1基板の一側表面上に形成された導電層と、
前記導電層上に形成されて、3μm以上の厚さを有する絶縁膜と、
前記絶縁膜上に形成されて、3μm以下の間隔を有する複数の第1電極と、
前記第1基板と対向し、該第1基板と対向する一側表面に第2電極が形成された第2基板と、
前記第1基板と第2基板との間に介在された液晶層と、
を含むことを特徴とする液晶表示装置。 - 前記導電層は、前記第1電極同士の間に対応する位置に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記絶縁膜は、平坦化層であることを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の液晶表示装置。
- 前記絶縁膜は、ベンゾシクロブテン(BCB)又はアクリル系物質であることを特徴とする請求項1乃至請求項3のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- 前記導電層は、金属配線であることを特徴とする請求項1乃至請求項4のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- 前記金属配線は、スキャンライン、データライン及びコモンラインのうちいずれか一つであることを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
- 前記第1電極上に第1配向膜が形成され、前記第2電極上に第2配向膜が形成されていることを特徴とする請求項1乃至請求項6のいずれか一項に記載の液晶表示装置。
- 前記第1配向膜及び第2配向膜のラビング方向が同一な方向であることを特徴とする請求項7に記載の液晶表示装置。
- 前記第1配向膜及び第2配向膜のプレチルト角が5〜20゜であることを特徴とする請求項7又は請求項8に記載の液晶表示装置。
- 前記第1配向膜及び第2配向膜の厚さは、500〜1000Åであることを特徴とする請求項7に記載の液晶表示装置。
- 前記第1基板の他側表面上に第1偏光板が形成され、前記第2基板の他側表面上に二軸補償フィルム及び第2偏光板が形成されたことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記第1偏光板及び第2偏光板は、偏光軸が交差することを特徴とする請求項11に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層の厚さは、1.5〜2.5μmであることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層は、前記第1電極と第2電極の電位差が15〜25Vの範囲でスプレー相からベンド相へ転移することを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層の転移時間は、0.2〜1秒であることを特徴とする請求項14に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層は、誘電率異方性を有するある液晶であることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記第1基板の他側表面側に光源装置が配置されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記光源装置は、反射板、拡散板及びLEDで構成されていることを特徴とする請求項17に記載の液晶表示装置。
- 前記LEDの発光色は、R(赤)、G(緑)及びB(青)群、及びC(シアン)、M(マゼンタ)及びY(イエロー)群のうちいずれか一つ以上であることを特徴とする請求項18に記載の液晶表示装置。
- 前記LEDの発光色は、W(白)であることを特徴とする請求項18に記載の液晶表示装置。
- 前記第2電極と第2基板間にカラーフィルターが配置されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶層は、OCB型液晶で構成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
- 第1基板上に導電層を形成する工程と、
前記導電層が形成された前記第1基板上に3μm以上の厚さを有する絶縁膜を形成する工程と、
前記絶縁膜が形成された第1基板上に第1電極物質を形成する工程と、
前記第1電極物質をパターニングして3μm以下の間隔を有する複数の第1電極を形成する工程と、
第2基板上に第2電極を形成する工程と、
前記第1電極と前記第2電極とが互に対向すると共に、前記第1基板と前記第2基板を封止する工程と、
前記第1基板と第2基板間に液晶を封入して液晶層を形成する工程と、
を含むことを特徴とする液晶表示装置の製造方法。 - 前記第1電極を形成した後、第1配向膜を形成する工程と、
前記第2電極を形成した後、第2配向膜を形成する工程と、
を含むことを特徴とする請求項23に記載の液晶表示装置の製造方法。 - 前記第1配向膜及び前記第2配向膜を形成した後、前記第1配向膜及び前記第2配向膜を同一な方向にラビングする工程を含むことを特徴とする請求項23に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記絶縁膜を形成する工程は、ベンゾシクロブテン(BCB)又はアクリル系物質をスピンコーティング法で形成する工程であることを特徴とする請求項23に記載の液晶表示装置の製造方法。
- 前記第1基板と前記第2基板を封止する工程は、前記第1基板と前記第2基板間の間隔が1.5〜2.5μmを維持するように封止することを特徴とする請求項23に記載の液晶表示装置の製造方法。
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