(57)【要約】  本発明は、高速高温ネマチック液晶組成物及びこれを含む液晶表示装置に関し、より詳細には、末端の芳香族環にイソチオネート（isothionate）基を有し、１種以上のフルオロ原子を有するネマチック液晶化合物を含有し、高速応答特性を満足し、液晶の相転移温度が高く、駆動電圧が低く、広い温度範囲のネマチック相を有する高速高温ネマチック液晶組成物とこれを含む液晶セル、そして、これを利用した液晶表示装置に関する。
2005534767.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
下記化学式１：
【化１】
2005534767.tif 000018
（式中、R1はCnH2n+1O、CnH2n+1またはCnH2n-1（nは１〜１５）であり、XはHまたはFであり、Aは
【化２】
2005534767.tif 000019
であり、Bは-CH2-CH2-または-C≡C-であり、mは０または１である。）
で示されるネマチック液晶化合物を含有するネマチック液晶組成物。
【請求項２】
ａ）化学式１に示されるネマチック液晶化合物２〜８０重量％；及び
ｂ）下記化学式６、化学式７及び化学式８
【化３】
2005534767.tif 000020
（式中、R2及びR3は、各々独立にまたは同時に、炭素数１〜１５のアルキルまたはアルコキシ基であり、Bはフェニルまたはシクロヘキシルであり、Cは単結合-CH2CH2-または-COO-であり、X及びYは、各々独立にまたは同時に、水素またはフッ素原子であり、Zは水素、-OCF3またはフッ素原子である。）
に示される化合物からなる群から選択される少なくとも１種の液晶化合物２０〜９８重量％を含有する請求項１に記載のネマチック液晶組成物。
【請求項３】
二つのガラス基板またはプラスチック基板の間に、請求項１に記載のネマチック液晶組成物が液晶として注入されてなる液晶表示装置用液晶セル。
【請求項４】
液晶セルは、基板の内側には画素を構成する透明電極及び透明電極上に液晶分子を一方向に配向させるための配向膜を有する請求項３に記載の液晶表示装置用液晶セル。
【請求項５】
前記液晶セルは、相転移温度が少なくとも８５℃であり、応答速度が９〜１１msである請求項３に記載の液晶表示装置用液晶セル。
【請求項６】
請求項１に記載のネマチック液晶組成物を含有する液晶表示装置。
【請求項７】
外側面及び内側面を有する第１基板、
前記第１基板と対向し、外側面及び内側面を有する第２基板、
前記第１基板と前記第２基板との内側面のいずれか一方に形成される画素電極、
前記第１基板と前記第２基板との内側面のいずれか一方に形成される共通電極、及び
第１基板と第２基板との間に請求項１に記載のネマチック液晶組成物が液晶として注入されている液晶セル
を含む液晶表示装置。
【請求項８】
前記画素電極と前記共通電極の間に印加される１階調電圧は、１階調電圧で０Vを印加したときの対比比を１で標準化する場合、標準化された対比比が全視野角で０．８以上になる範囲の値を有する請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記第１基板の外側面に配設されている第１偏光板と、前記第２基板の外側面に配置されている第２偏光板とをさらに含み、前記第１偏光板の偏光軸と前記第２偏光板の偏光軸とが互いに直交する請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記液晶は、前記画素電極と前記共通電極との間に電圧が印加されない状態で、前記第１及び第２基板に対して垂直に配向されている請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
前記画素電極及び共通電極は、前記第１基板と前記第２基板とのうちの少なくとも一方に形成され、前記液晶の傾斜方向を制御するためのドメイン規制手段をさらに有する請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項１２】
前記液晶表示装置は、
絶縁基板、
前記絶縁基板上に形成され、ゲート線、前記ゲート線と連結されているゲート電極を含むゲート配線、
前記ゲート配線を覆うゲート絶縁膜、
前記ゲート絶縁膜上に形成されている半導体層、
前記半導体層上に形成され、前記ゲート線と交差するデータ線、前記データ線に連結されているソース電極、前記ゲート電極を中心に前記ソース電極と対向するドレイン電極を含むデータ配線、
前記ドレイン電極と連結されている画素電極が含まれた薄膜トランジスタアレイ基板を第２基板として有する請求項７に記載の液晶表示装置。
【請求項１３】
前記薄膜トランジスタアレイ基板は、データ配線と前記画素電極との間に形成されている保護膜をさらに含む請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１４】
前記薄膜トランジスタアレイ基板は、半導体層と前記データ配線との間に形成され、高濃度不純物がドーピングされているオーミックコンタクト層をさらに含む請求項１２に記載の液晶表示装置。
【請求項１５】
前記ゲート配線及び前記データ配線の上部に形成されている赤、緑、青のカラーフィルターをさらに含む請求項１２に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高速高温ネマチック液晶組成物及びこれを含む液晶表示装置に関し、より詳細には、液晶の相転移温度が高く、複屈折率及び弾性係数が大きく、ネマチック相の動作温度範囲が広いため、高速の応答を実現することができ、ＬＣＤのような液晶を必要とする様々な素子に効果的なネマチック液晶化合物を含有する高速高温ネマチック液晶組成物、そして、これを含む液晶セル及びこれを利用した液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、一般に、対向電極とカラーフィルタなどが形成されている上部基板と、薄膜トランジスタと画素電極などが形成されている下部基板との間に液晶物質が注入され、画素電極と対向電極に互いに異なる電位を印加することによって、電界を形成して液晶分子の配列を変更し、これにより、光の透過率を調節して画像を表現する装置である。
【０００３】
前記液晶表示装置は、駆動方式によって、パッシブマトリックス方式であるＴＮ（Twist Nematic）、ＳＴＮ（Super Twist Nematic）及び強誘電性液晶表示装置と、アクティブマトリックス方式であるＴＦＴ（Thin Film Transitor）、ＭＩＭ（Metal Insulator Metal）、ダイオード液晶表示装置に分類される。
【０００４】
前記アクティブマトリックス方式の場合、各画素に薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）またはメタル・インシュレータ・メタル（ＭＩＭ）などのスイッチング素子を使用して液晶表示装置を駆動するので、漏洩電流が少ない高電圧保持率が重要である。また、表示情報量の増加及び動画の実現などによって、液晶表示装置は高い応答速度が要求される傾向にある。
【０００５】
前記薄膜トランジスタ基板は、液晶表示装置や有機ＥＬ（electro luminescence）表示装置等において、各画素を独立的に駆動するための回路基板として用いられる。薄膜トランジスタ基板には、走査信号を伝達する走査信号配線またはゲート配線と、画像信号を伝達する画像信号線またはデータ配線が形成されており、ゲート配線及びデータ配線と連結されている薄膜トランジスタ、薄膜トランジスタと連結されている画素電極、ゲート配線を覆ってそれを絶縁するゲート絶縁膜及び薄膜トランジスタとデータ配線とを覆って絶縁する保護膜などからなる。薄膜トランジスタは、ゲート配線の一部であるゲート電極とチャンネルを形成する半導体層、データ配線の一部であるソース電極とドレイン電極及びゲート絶縁膜及び保護膜などで構成される。薄膜トランジスタは、ゲート配線を通じて伝えられる走査信号によって、データ配線を通じて伝えられる画像信号を伝達または遮断するスイッチング素子である。
【０００６】
一方、ネマチック液晶組成物は、電子計算機、電子手帳、個人用コンピュータなどに使われる液晶表示装置（ＬＣＤ）の重要材料として用いられている。最近では、ワードプロセッサ、個人用コンピュータなどの高速情報処理用表示装置として広く普及されている。
【０００７】
しかし、既存のネマチック液晶組成物は、応答速度が遅く、動画の実現が困難である。
前記のような問題点を解決するためには、次のような条件を満足する必要がある。第１に、応答速度を改善するためには、液晶材料の粘度を２０〜２５mm2/sの範囲に減少する。第２に、駆動電圧を低くするためには、それらの誘電率異方性（△ε）を１０〜１５（３５℃、１kHz）の範囲に増加させる。第３に、広い温度範囲でネマチック相を有する必要があり、好ましいネマチック相温度範囲は、-３０℃〜８０℃である。第４に、複屈折率（△n）を０．２０（２５℃）以上とするべきである。
【０００８】
また、前記ＬＣＤは、軽量で小型化であるという物理的なメリットがある反面、画質を決定する様々な要因のうち、輝度に関しては、ＣＲＴ（Cathod Ray Tube）に比べて弱い。また、モニター市場が増大し、新たなＬＣＤが製造され、浸透するにしがたがって、ＬＣＤ-ＴＶ市場が注目をあつめるようになり、高輝度及び高速応答技術に対する要求が極めて重要となっている。
【０００９】
ＬＣＤにおいて高輝度を得るには、バックライトに管電流などのため、液晶の相転移温度が高く維持される必要がある。更に、高速応答を実現するためには、物質の回転粘度を減らしたり、液晶の屈折率を大きくするべきである。
【００１０】
これまで製品化されたＬＣＤ製品のほとんどはＴＮ、ＩＰＳ、ＶＡモードで、ネマチック液晶を用いており、それらの相転移温度は７０℃〜８０℃であり、応答速度は約２０〜３０msである。しかし、前記相転移温度及び応答速度に関しては、依然として満足できるものではなく、ＴＶへの応用及び動画を実現するためには、応答速度の改善及び相転移温度の増加が要求されている。
【００１１】
また、前記ＴＮ-ＬＣＤ、ＳＴＮ-ＬＣＤ及びＴＦＴ-ＬＣＤの電気光学特性を改善するために、複屈折率（Δn）と弾性係数の大きい液晶材料が必要であることはよく知られている。ところが、これまでに知られた液晶化合物は、液晶材料の電気光学的特性を改善することはできるが、前記液晶化合物を使用する場合、混合液晶の複屈折率（Δn）は大きくなるが、スメクチック（smectic）相が発生しやすかったり、駆動可能なネマチック相の温度範囲が狭く、液晶材料の化学的安全性、液晶表示装置の駆動温度範囲などの問題が依然として残る。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、前記のような従来技術の問題点を考慮して、駆動電圧を大きく増加させないうえ、複屈折率（Δn）と弾性係数（K１１、K３３）を増加させ、駆動するネマチック相の温度範囲を広くして、よって、高い応答速度を実現する新たなネマチック液晶化合物及びそれを含むネマチック液晶組成物を提供することを目的とする。
【００１３】
本発明の他の目的は、液晶の相転移温度が高く、高い応答速度を実現することができるネマチック液晶組成物を提供することを目的とする。
本発明の他の目的は、前記ネマチック液晶組成物を含む液晶セル及びこれを用いた、電気光学特性が改善された液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
前記目的を達成するために、本発明は、下記化学式１に示されるネマチック液晶化合物を含有するネマチック液晶組成物を提供する。
【００１５】
【化１】
2005534767.tif 000003
（式中、R1はCnH2n+1又はCnH2n-1であり、ここで、nは１〜１５であり；
XはHまたはFであり、
Aは
【００１６】
【化２】
2005534767.tif 000004
Bは-CH2-CH2-または-C≡C-であり、
mは０または１である）
また、本発明は、二つのガラス基板またはプラスチック基板の間に前記ネマチック液晶組成物が液晶として注入されている液晶表示装置用液晶セルを提供する。
【００１７】
詳細には、本発明は、外側面及び内側面を有する第１基板、前記第１基板と対向し、外側面及び内側面を有する第２基板、前記第１基板と前記第２基板の内側面のいずれか一方に形成された画素電極、前記第１基板と前記第２基板の内側面のいずれか一方に形成された共通電極、及び第１基板と第２基板との間に、前記のネマチック液晶組成物が液晶として注入されている液晶セルを含む液晶表示装置を提供する。
【００１８】
前記画素電極と前記共通電極の間に印加される１階調電圧は、１階調電圧で０Vを印加したときの対比比を１で標準化する場合、標準化された対比比が全視野角で０．８以上の範囲の値を有することが好ましい。
【００１９】
また、前記液晶表示装置は、絶縁基板；前記絶縁基板上に形成され、ゲート線と、前記ゲート線と連結されているゲート電極とを含むゲート配線；前記ゲート配線を覆うゲート絶縁膜；前記ゲート絶縁膜上に形成された半導体層；前記半導体層上に形成され、前記ゲート線と交差するデータ線；前記データ線に連結されているソース電極；前記ゲート電極を中心に前記ソース電極と対向するドレイン電極を含むデータ配線；前記ドレイン電極と連結されている画素電極；を含む薄膜トランジスタアレイ基板を下部基板として有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明による前記化学式１または化学式２のネマチック液晶化合物及びこれを含む液晶組成物は、複屈折率（Δn）、弾性係数及び誘電率異方性（Δ）が大きく、しきい電圧（Vth）及び粘度が低く、駆動するネマチック相の温度範囲が広く、電圧保持率（VHR）が高く、化学的安定性が優れている。また、商用の混合液晶に比べて相転移温度が高く、高いの応答速度を実現することができるため、ツイストネマチック（ＴＮ）、スーパーツイストネマチック（ＳＴＮ）液晶表示装置またはアクティブマトリクス（ＡＭ）方式の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）液晶表示装置などに使用される場合、残像及びクロストーク現象を改善することができる。粘度が低く、弾性係数の大きいため、応答速度を高くし、駆動電圧を低くする効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２１】
以下、本発明に対して詳細に説明する。
本発明は、液晶の粘度を低くし、それらの誘電率異方性及び複屈折率を増加させ、ネマチック相の温度範囲を広くして速い応答速度を実現する前記化学式１のネマチック液晶化合物を含有するネマチック液晶組成物と、これを液晶材料として用いる液晶セルと、これを利用した高輝度及び高速応答技術を実現できる液晶表示装置であることを特徴とする。
【００２２】
まず、本発明の液晶表示装置において液晶材料として用いられるネマチック液晶組成物に関して詳細に説明する。
本発明のネマチック液晶組成物は、従来商用液晶組成物に前記化学式１の化合物を主要成分（Key material）として混合することで、既存の商用液晶に比べて相転移温度を少なくとも１０℃上昇させ、応答速度１０ms程度を実現することができる。
【００２３】
また、本発明の前記化学式１の化合物を主要成分として含むネマチック液晶組成物は、複屈折率（Δn）が０．２０以上と極めて高く、ネマチック相の温度範囲が約１４０℃以上と極めて広い。フッ素原子で置換され、トラン基を連結基として有する、以下の化学式２〜６の化合物からなる群から選択された液晶化合物が添加された場合には、ネマチック液晶組成物の弾性係数値を増加させ、応答速度を高くする。また、前記化学式１の化合物は、添加剤化合物の相溶性が極めて良いため、必須成分の良い特性を失わず、優れた特性を示すネマチック液晶組成物を得ることができる。
【００２４】
このような本発明のネマチック液晶組成物は、少なくとも２種の液晶化合物を含有することが好ましく、１種以上の化合物は、主要成分として前記化学式１の化合物からなる群から１選択され、１種以上の化合物は、主要成分として前記化学式２の化合物からなる群から選択されることが好ましい。
【００２５】
本発明の液晶組成物は、さらに、３重結合を有する下記化学式２、３、４及び５からなる群から選択される１種以上選択される化合物を５〜４０重量％を含むことがより好ましく、複屈折率（Δn）及び弾性係数を増加させ、応答速度を一層速くする。
【００２６】
【化３】
2005534767.tif 000005
（式中、R5〜R6はそれぞれCnH2n+1（nは３〜７の整数）の直鎖アルキルまたはアルキル鎖の中間に二重結合を一つ有するCH5CnH2n-2（nは２〜６の整数）である直鎖アルキルであることが好ましい。）
また、本発明の液晶組成物は、前記化学式１の液晶化合物に加えて、液晶組成物の特性を改善するために、一般に知られたネマチック液晶、スメクチック液晶、コレステリック液晶などを使用することができる。しかし、このような液晶化合物を多量添加することで、液晶組成物の所望の特性が低減してしまうこともあるので、添加量はネマチック液晶組成物の要求特性に従って制限的に決めるべきである。
【００２７】
本発明のネマチック液晶組成物は、前記化学式１のネマチック化合物と共に従来ネマチック液晶化合物を含有するのが好ましい。
好ましくは、前記化学式１の化合物は、下記化学式１aから１kの化合物を単独で又は併用して用いることができる。
【００２８】
【化４】
2005534767.tif 000006
【００２９】
【化５】
2005534767.tif 000007
前記化学式１fの化合物及び化学式１gの化合物をともに用いることがより好ましい。この場合、前記化学式１fの化合物及び化学式１gの化合物の混合比は、重量１：８０〜８０：１であることが好ましい。また、前記化学式１i、化学式１j及び化学式１kの化合物をともに用いることがより好ましい。この場合、前記化学式１i、１j及び１kの化合物の混合比は、重量比で、１〜８０：１〜８０：１〜８０であることが好ましい。
【００３０】
前記化学式１の化合物は、２〜８０重量％で含まれることが好ましく、前記化学式１の化合物の使用量が前記範囲を越えれば、高い相転移温度及び高い応答速度を得ることができない。
【００３１】
また、商用の液晶化合物の少なくとも１種を使用することが好ましい。前記商用の液晶化合物は、下記化学式６、７及び８の化合物からなる群から選択される少なくとも１種であることが好ましい。前記商用の液晶化合物の含量は、２０〜９８重量％であることが好ましい。
【００３２】
【化６】
2005534767.tif 000008
（式中、R2及びR5は、各々独立にまたは同時に、炭素数１〜１５のアルキルまたはアルコキシ基であり、Bはフェニルまたはシクロヘキシルであり、Cは単結合-CH2CH2-または-COO-であり、X及びYは、各々独立にまたは同時に、水素またはフッ素原子であり、Zは水素、-OCF3またはフッ素原子である。
【００３３】
前記商用液晶化合物は、化学式６、７及び８の化合物は、組み合わせによって使用することができ、例えば、化学式６〜８の化合物を４つの群（G１〜G４）に分けて、それらを一緒に使用することがより好ましい。前記G１〜G４は、G１：２５〜４５％、G２：１５〜２５重量％、G３：１０〜２０重量％及びG４：１５〜３０重量％であることが好ましい。前記G１は、前記化学式６の化合物群から選択される少なくとも２種の化合物であり、前記G２は、前記化学式７及び８の化合物群から選択される少なくとも２種の化合物であり、前記G３は、化学式７の化合物群から選択される少なくとも２種の化合物であり及び前記G４は、化学式７及び８の化合物群から選択される少なくとも２種の化合物であることが好ましい。しかし、前記混合比はそれらに限定されるものではなく、前記化学式１の種類に応じて変更することができる。
【００３４】
また、本発明は、前記式１の化合物を含むネマチック液晶組成物を含む液晶セルを提供する。
本発明の液晶セルは、前記液晶組成物を含み、よって、複屈折率が大きく、応答速度が速く、相転移温度のようなセルパラメターが優れている。好ましくは、複屈折率（Δn）は０．２以上である。また、相転移温度は、少なくとも８５℃であり、より好ましくは９０℃であり、ネマチック相温度範囲は-３０℃〜８０℃である。さらに液晶の応答速度は、９〜１１msであることが好ましい。
【００３５】
本発明の液晶セルは、二つのガラス基板または透明なプラスチック基板で構成され、その間に化学式１の化合物を含むネマチック液晶組成物が注入されている。
前記二つのガラス基板の内側には画素を構成する透明電極が配置しており、その上に液晶分子を一方向に配向するための配向膜が配置している。前記ガラス基板の間には、液晶を注入することができるように一定の間隔が維持され、広い面積の表示素子の場合には、スペーサによってその間隔が維持される。その空間に液晶が注入され配向される。セルの側面には、透明電極と連結された電極パターンが配置しており、このパターンを通じて外部電圧が液晶に伝達される。アクティブマトリックス方式の液晶ディスプレイには、能動素子を駆動するためのパターンが形成されており、このパターンを通じて能動素子が駆動されると同時に液晶に外部電圧が印加される。
【００３６】
前記液晶セルを液晶表示装置に応用するには、表示電極パターンを形成すべきである。その形成方法は二つあって、その一つは、電極と同じ形状で孔をあけたマスクを配置し、そのパターンと同じ形状でのみ導電膜を付着する方法であり、もう一つは、より精密なパターンを形成するために利用されるフォトエッチング方法である。これは、フィルムを印画するのと同様に、ITO膜を付着したガラス基板に電極パターンを印画して、パターン以外の部分を薬品で溶解させるものである。このように、２枚のガラス基板シートを１０ミクロン程度の厚さの空間を隔てて連結した後、シート間に液晶を充填する。この際、まず、空のセルを組立ててからその横面を大部分封止する。小さな未封止部分を通して、毛細管現象を利用する方法、気圧差を利用する方法又は真空状態にして注入する方法を用いて、液晶を注入する。そして、液晶を注入した孔を接着剤で封止して、液晶セルを完成させる。このように作製した液晶セルを偏光板２枚の間に嵌合し、反射板を被覆してから光源を与えれば、ディスプレイ用液晶パネルとなる。液晶セルと偏光板との間にカラーフィルターを設けてもよい。２枚の液晶セルシートの間隔が１０ミクロン程度で、回路にホコリが入る可能性が大きいので、防塵装備を完備したクリーンルームで液晶パネルを製造することが好ましい。
【００３７】
また、本発明は、前記ネマチック液晶組成物を液晶材料として用いて、適切な添加剤と共に各種表示用液晶セルに充填して、様々なＬＣＤ製品群の液晶表示装置を提供する。好ましくは、ネマチック液晶組成物を含有する、アクティブマトリックス方式のＴＦＴ方式の液晶表示装置、アクティブマトリックス方式のＭＩＭ方式の液晶表示装置、アクティブマトリックス方式のＩＰＳ（面内スイッチング）方式の液晶表示装置、単純マトリックス型ツイストネマチック方式の液晶表示装置、単純メトリックス型スーパーツイストネマチック方式の液晶表示装置、薄膜トランジスタ・ツイストネマチック（ＴＦＴ−ＴＮ）液晶表示装置、ＡＯＣ（Array on color filter）液晶表示装置またはＣＯＡ（Color  filter on array）液晶表示装置などを製造することができる。
【００３８】
アクティブマトリックス方式表示装置では、下部基板の画素の側面に、能動素子であるダイオードまたはトランジスタが形成されている。カラー液晶表示素子は、上部基板に、カラーを表示できるように、カラーフィルタが配設されている。カラーフィルタは、透明電極とガラス基板との間に配置されており、それは、ガラス基板に、顔料分散法、染色法などによって形成することができる。このように形成された本発明の液晶表示装置は、優れた高速応答性及び耐熱性を有し、表示画面の残像とフリッカー現象が少なく、いかなる環境でも使用することができる。
【００３９】
以下、添付した図面を参考にして、本発明の液晶セルを含む好ましい一実施例による液晶表示装置について、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳細に説明する。
【００４０】
本発明の液晶表示装置は、下部基板に切除部を有する画素電極及び薄膜トランジスタが形成され、上部基板に切除部を有する共通電極が形成されており、前記下部基板と上部基板との間に二つの基板に対して垂直に配向されており、前記化学式１のネマチック液晶化合物を含有する液晶組成物が液晶として注入されている液晶セルを有する。上部基板と下部基板の外側面には、偏光方向が互いに垂直をなしている上部偏光板及び下部偏光板が配置されている。
【００４１】
図１aは本発明の第１実施例による液晶表示装置の断面図であり、図１bは本発明の第１実施例による液晶表示装置の画素電極と共通電極の切除パターンが重なった状態の配置図である。
【００４２】
液晶表示装置は、下部基板１０、下部基板に対向する上部基板２０、及び下部基板１０と上部基板２０との間に注入され、基板１０、２０に垂直に配向されている、本発明による高速高温ネマチック液晶物質を液晶として含む液晶セル３０からなる。
【００４３】
ガラスなどの透明な絶縁物質からなる下部基板１０上には、ITO（indium tin oxide）やIZO（indium zinc oxide）などの透明な導電物質からなり、切除パターン（図示せず）を有する画素電極１２が形成されており、各画素電極１２は、スイッチング素子１１に連結され、画像信号電圧の印加を受ける。スイッチング素子１１には、薄膜トランジスタが使用されるのが一般的であり、薄膜トランジスタは、走査信号を伝達するゲート線（図示せず）と画像信号を伝達するデータ線（図示せず）にそれぞれ連結され、走査信号に従って画素電極１２をオン、オフする。また、下部基板１０の下面には下部偏光板１４が付着されている。反射型液晶表示装置の場合には、画素電極１２は透明な物質から構成されないこともあり、そのときは、下部偏光板１４も不要となる。
【００４４】
また、ガラスなどの透明な絶縁物質からなる上部基板２０の下面に、光漏れを防止するためのブラックマトリックス２１と、赤、緑、青のカラーフィルター２２、及びITOまたはIZOなどの透明な導電物質からなり、切除パターン（図示せず）を有する共通電極２３が形成されている。ブラックマトリックス２１やカラーフィルター２２は、下部基板１０上に形成してもよい。上部基板２０の上面には上部偏光板２４が付着されている。
【００４５】
下部偏光板１４と上部偏光板２４の偏光方向は互いに直交するように配置され、液晶層に印加される電界が弱いほど画面が暗くなるノーマリーブラックモードになる。
このような液晶表示装置において、共通電極と画素電極には液晶分子の傾斜方向を制御するための手段として切除パターンが形成されている。以下、切除パターンについて説明する。
【００４６】
図１bで、長方形の画素電極１２の中間部に右辺から左側に向かって細く凹入した第１切除部１２１が形成されており、第１切除部１２１の両側の角部は、緩やかに湾曲している。第１切除部１２１の面積に対して画素電極１２を上部と下部に分割するとき、画素電極１２の上部と下部には、第２及び第３切除部１２２、１２３が凹入により対角状に形成されている。第２及び第３切除部は、それぞれ画素電極１２の上部と下部で対角線方向に凹入形成されており、互いに対称をなしている。第２及び第３切除部１２２、１２３は、第１切除部１２１とは隔たって、対称な角度で形成されている。
【００４７】
共通電極は、水平方向に形成されている幹部２１１、幹部２１１から対角状に各々上下方向にのびる第１及び第２分枝部２１２、２１４、第１及び第２分枝部２１２、２１４から各々垂直方向に上下にのびる第１及び第２分枝端部２１３、２１５を含む第４切除部が形成されている。また、共通電極には、第１分枝部２１２と平行に斜線方向に形成されている中央部２２１、中央部２２１から水平方向にのびている水平端部２２２、中央部２２１から垂直方向にのびている垂直端部２２３を含む第５切除部と、第４切除部を中心として第５切除部と対称をなしている第６切除部が形成されている。このような配置の第４、第５及び第６切除部は、共通電極に反復的に形成されている。
【００４８】
画素電極１２の第１〜第３切除部１２１、１２２、１２３と、共通電極の第４〜第６切除部とが重なって、画素電極１２を複数の領域に分割している。画素電極１２の切除部１２１、１２２、１２３と共通電極の切除部とは交互に配置されている。第１〜第６切除部は、画素電極１２の中央を分割する第１切除部１２１と第４切除部との幹部２１１、画素電極１２の辺と重なる第４切除部の分枝端部２１３、２１５、第２及び第３切除部の水平端部２２２、２３２及び垂直端部２２３、２３３を除いて、殆どの領域で互いに平行に形成されている。
【００４９】
上下偏光板１４、２４は、偏光方向がそれぞれ水平方向（０°）と垂直方向（９０°）、またはその逆となるように配置されている。
従って、電場印加によって再配列された液晶分子のうちの偏光板１４、２４の偏光方向に傾く数が少なくなり、テクスチャーの発生が低減する。また、フリンジフィールドによって配列された液晶分子は、互いに平行であるので、第１段階の動作で液晶分子の動きが完了する。このため、応答速度が極めて速い。さらに、切除部は画素領域で大きく二つの方向にのびており、これらの二つの方向は互いに９０°をなしている。そして、上下基板の切除部は、互いに交互に配置されているので、フリンジフィールドの方向は一つの画素領域内で４つの方向に分類される。したがって、４方向全てで広い視野角を得ることができる。
【００５０】
以下、図２及び図３を参考にして、本発明の第２実施例による前記液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板の構造について詳細に説明する。
液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板の第の実施例によれば、絶縁基板上にゲート線、ゲート線と連結されているゲート電極を含むゲート配線が形成されている。ゲート配線を覆うゲート絶縁膜上には半導体層が形成されており、半導体層の上にはゲート線と交差するデータ線、データ線に連結されているソース電極、ゲート電極を中心にソース電極と対向するドレイン電極を含むデータ配線が形成されており、その上に、ドレイン電極と連結されている画素電極が形成されている。ゲート配線またはデータ配線は、モリブデンと、モリブデンと一緒になって固体化合物をなす添加物質を含むモリブデン合金とからなる導電膜を含む。
【００５１】
図２は本発明の第２実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の配置図であり、図３は図２に示す薄膜トランジスタアレイ基板のV-V´線による断面図である。
絶縁基板１１０上に、低抵抗を有するアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる下部膜２０１と、モリブデン及びモリブデンと一緒になって固体化合物をなす添加物質を含むモリブデン合金からなる上部膜２０２とを含むゲート配線がテーパ構造で形成されている。ゲート配線は、水平方向にのびているゲート線１２１、ゲート線１２１の端に連結され、外部からのゲート信号を受けてそれをゲート線に伝達するゲートパッド１２５及びゲート線１２１に連結されている薄膜トランジスタのゲート電極１２３を含む。また、ゲート配線は、画素の電荷保存能力を向上させるために、後に形成される画素電極１９０と連結されている維持蓄電器用導電体パターン１７７と重なっている。
【００５２】
基板１１０上には窒化ケイ素（SiNx）などからなるゲート絶縁膜１４０がゲート配線１２１、１２５、１２３を覆っている。
ゲート電極１２５のゲート絶縁膜１４０上には、非晶質シリコンなどの半導体からなる半導体層１５０が形成されており、半導体層１５０上には、シリサイドまたはn型不純物が高濃度にドーピングされているn+水素化非晶質シリコンなどの物質で作られたオーミックコンタクト層１６３、１６５がそれぞれ形成されている。
【００５３】
オーミックコンタクト層１６３、１６５またはゲート絶縁膜１４０の上には、モリブデンとモリブデンと一緒になって固体化合物をなす添加物質を含むモリブデン合金との導電膜で形成されるデータ配線が形成されている。データ配線は垂直方向に形成され、ゲート線１２１と交差して画素領域を定義するデータ線１７１、データ線１７１に連結され、オーミックコンタクト層１６３の上部までのびているソース電極１７３、データ線１７１の一端に連結され、外部からの画像信号の印加を受けるデータパッド１７９、ソース電極１７３と分離され、ゲート電極１２３に対してソース電極１７３に対向するオーミックコンタクト層１６５上に形成されているドレイン電極１７５を含む。また、データ配線は、保持容量を向上させるためにゲート線１２１と重なっており、後に形成される画素電極１９０と電気的に連結されている維持蓄電器用導電体パターン１７７を含むことができる。
【００５４】
データ配線１７１、１７３、１７５、１７７、１７９は、ゲート配線１２１、１２３、１２５と同様に、アルミニウムまたはアルミニウム合金の導電膜を含むでいてもよく、モリブデン合金の導電膜/アルミニウムまたはアルミニウム合金の導電膜/モリブデン合金の導電膜の３層膜で形成されていてもよい。
【００５５】
データ配線１７１、１７３、１７５、１７７、１７９及び覆われていない半導体層１５０上には、平坦化特性が優れており、感光性を有する有機物質またはa-Si:C:O:Hを含む低誘電率絶縁物質からなる絶縁膜を含む保護膜１８０が形成されている。保護膜１８０は、窒化ケイ素からなる絶縁膜をさらに含むことができ、この場合、絶縁膜は、有機絶縁膜の下部に位置して、半導体層１５０を直接覆うことが好ましい。また、ゲートパッド１２５及びデータパッド１７９が位置するパッド部から有機絶縁物質は完全に除去することが好ましく、このような構造は、パッド部のゲートパッド１２５及びデータパッド１７９の上部に走査信号及び映像信号をそれぞれ伝達するために、薄膜トランジスタ基板上にゲート駆動集積回路及びデータ駆動集積回路を直接実装するＣＯＧ（chip on glass）方式の液晶表示装置に適用する際に一層有利である。
【００５６】
保護膜１８０には、ドレイン電極１７５、維持蓄電器用導電体パターン１７７及びデータパッド１７９をそれぞれ露出する接続孔１８５、１８７、１８９が形成されており、ゲート絶縁膜１４０と共にゲートパッド１２５を露出する接続孔１８２が形成されている。
【００５７】
保護膜１８０上には、ドレイン電極１７５と電気的に連結され、画素領域に位置し、透明な導電物質であるIZOまたはITOなどからなる画素電極１９０が形成されている。さらに、保護膜１８０上には、接続孔１８２、１８９を通じてそれぞれゲートパッド１２５及びデータパッド１７９と連結されている補助ゲートパッド９２及び補助データパッド９７が形成されている。ここで、補助ゲート及びデータパッド９２、９７は、ゲート及びデータパッド１２５、１７９を保護するためのものであり、必須のものではない。
【００５８】
このような本発明の第２実施例による薄膜トランジスタ基板は、低抵抗のモリブデン合金を含んでいるため、大画面の液晶表示装置の動作特性を向上させることができる。
以下、図４a〜図７b及び図２、図３を参照して、本発明の第２実施例による薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法について詳細に説明する。
【００５９】
まず、図４a及び図４bに示すように、ガラス基板１１０上に、低抵抗の導電物質であるアルミニウムまたはアルミニウム合金の下部膜２０１と、モリブデン及びモリブデンと一緒になって固体化合物をなす添加物質を含むモリブデン合金で形成される上部膜２０２を順次に積層し、アルミニウムエッチング液（HNO3:H3PO4:CH3COOH:H2O）を利用したフォトエッチング工程で上部膜２０２と下部膜２０１を共に湿式エッチングして、ゲート線１２１、ゲート電極１２３及びゲートパッド１２５を含むゲート配線をテーパ構造で形成する。
【００６０】
次に、図５a及び図５bに示すように、窒化ケイ素からなるゲート絶縁膜１４０、非晶質シリコンからなる半導体層１５０、ドーピングされた非晶質シリコン層１６０の３層膜を連続して積層し、マスクを用いるパターニング工程で半導体層１５０とドーピングされた非晶質シリコン層１６０をパターニングして、ゲート電極１２５と対向するゲート絶縁膜１４０上に半導体層１５０及びオーミックコンタクト層１６０を形成する。
【００６１】
次に、図６a及び図６bに示すように、モリブデン及びモリブデンと一緒になって固体化合物をなす添加物質を含むモリブデン合金で形成される導電膜を積層し、アルミニウムエッチング液を利用したフォトエッチング工程でパターニングして、ゲート線１２１と交差するデータ線１７１、データ線１７１と連結され、ゲート電極１２３上部までのびているソース電極１７３、データ線１７１の一端に連結されているデータパッド１７９、ソース電極１７３と分離され、ゲート電極１２３を中心にソース電極１７３と対向するドレイン電極１７５及び維持蓄電器用導電体パターン１７７を有するデータ配線をテーパ構造で形成する。
【００６２】
次に、データ配線１７１、１７３、１７５、１７７、１７９で覆われないドーピングされた非晶質シリコン層パターン１６０をエッチングして、ゲート電極１２３を中心に両側に分離し、ドーピングされた非晶質シリコン層１６３、１６５の間の半導体層パターン１５０を露出させる。次いで、露出された半導体層１５０の表面を安定化するために酸素プラズマ処理を実施するのが好ましい。
【００６３】
次に、図７a及び７bのように、窒化ケイ素を積層するか、または平坦化特性が優れて、感光性を有する有機物質を基板１１０上に塗布するか、ＰＥＣＶＤ（plasma enhanced chemical vapor deposition）法により、Si:C:O膜またはSi:O:F膜などの低誘電率ＣＶＤ膜を蒸着して、保護膜を形成する。次に、マスクを用いるフォトエッチング工程でゲート絶縁膜１４０と共に保護膜をパターニングして、ゲートパッド１２５、ドレイン電極１７５、データパッド１７９及び維持蓄電器用導電体パターン１７７を露出する接続孔１８２、１８５、１８９、１８７を形成する。
【００６４】
次に、図２及び図３のように、透明導電物質を蒸着して、マスクを用いるフォトエッチング工程でパターニングして、接続孔１８７、１８５を通してドレイン電極１７５及び維持蓄電器用導電体パターン１７７と連結される画素電極１９０と、接続孔１８２、１８９を通してゲートパッド１２５及びデータパッド１７９とそれぞれ連結される補助ゲートパッド９２及び補助データパッド９７を各々形成する。
【００６５】
また、本発明のこの実施例では、半導体層とデータ配線とを互いに異なるマスクを用いたフォトエッチング工程で形成する製造方法を適用し、説明したが、本発明による配線の製造方法は、製造コストを最小限に止めるために、半導体層とデータ配線とを一つの感光膜パターンを利用したフォトエッチング工程で形成する液晶表示装置用薄膜トランジスタアレイ基板の製造方法にも同様に適用することができる。
【００６６】
また、モリブデン及びモリブデンと一緒になって固体化合物をなす添加物質を含むモリブデン合金で形成される導電膜を有する配線は、薄膜トランジスタアレイ上にカラーフィルターを形成するＣＯＡ構造でも、同様に適用することができる。これについて、図８及び図９を参照して詳細に説明する。
【００６７】
図８は、本発明の第３実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の構造を示す配置図であり、図９は図８に示すXXI-XXI´線による断面図である。
大部分の構造において第２実施例の構造と同様である。しかし、保護膜１８０下部の画素領域には、ドレイン電極１７５と維持蓄電器用導電体パターン１７７とを露出する切除部（C１、C２）を有する赤、緑、青のカラーフィルター（R、G、B）が垂直方向に形成されている。赤、緑、青のカラーフィルター（R、G、B）の境界は、データ線１７１上部で一致して図示されているが、画素領域の間から漏れる光を遮断する機能を有するように、データ線１７１上で互いに重なってもよく、ゲートパッド１２５及びデータパッド１７９が形成されているパッド部には形成されない。
【００６８】
赤、緑、青のカラーフィルター（R、G、B）上の保護膜１８０は、ゲート絶縁膜１４０と共にゲートパッド１２５、データパッド１７９、ドレイン電極１７５及び維持蓄電器用導電体パターン１７７を露出する接続孔１８２、１８９、１８５、１８７を有している。ドレイン電極１７５及び維持蓄電器用導電体パターン１７７を露出する接続孔１８５、１８７は、カラーフィルター（R、G、B）の切除部（C１、C２）の内側に位置する。
【００６９】
ＣＯＡ構造の液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の構造においても、第２実施例のように同じ効果を得ることができる。
以下、本発明の液晶表示装置で液晶材料として用いられるネマチック液晶組成物の好ましい一実施例に関して説明する。しかし、下記実施例は、本発明を例示するものに過ぎず、本発明を限定するものではない。
実施例４
下記表１は、前記化学式１の化合物の相転移温度を示すものである。下記表１では、「m．p．」は結晶相から液晶相又は等方性液体相に相転移する温度であり、「c．p．」は液晶相から等方性液体相に相転移する温度を示す。
【００７０】
複屈折率は、母体液晶である４-（４-ヘキシルシクロヘキシル）-１-イソチオシアナトベンゼン８５重量％と、下記表１に示す各化合物を１５重量％の２成分混合液晶の複屈折率を測定し、外挿法で単一液晶化合物の複屈折率（Δn）を決定した。各化合物は、蒸留、カラム精製及び再結晶法などを利用して不純物を除去し、充分に精製したものである。
【００７１】
【表１】
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比較例１
下記表２に示す商用混合物「TM１」を製造した（TM１=G１+G２+G３+G４）。G１〜G４の各含量は重量％を示す。
【００７２】
【表２】
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表２の液晶混合物TM１は、現在商用化されている液晶であって、それらの応答速度は、セルギャップ４．５μmで、１６．２msで測定され、相転移温度は８０℃程度であった。
実施例５〜実施例９
高温高速応答対応の物性変化を確認するために、主要成分として、表３に示した含量で、相転移温度が高く、屈折率異方性が大きい下記化学式１aの化合物と、残り含量の前記比較例１の混合液晶TM１を混合して、液晶の相転移温度、屈折率異方性、誘電率異方性、応答速度（セルギャップ３．７５μm）を測定し、その結果を下記表３に示している。
【００７３】
【化７】
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【００７４】
【表３】
2005534767.tif 000012
表３によれば、前記化学式１の化合物がない比較例１（TM１）に比べて、実施例５〜実施例９は、優れた結果が得られており、特に、応答速度は６５％に減少し、相転移温度は１２７％に増加した。これは高速高温液晶として使用に効果的であることを意味する。
実施例１０
実施例５と同様の方法によって、下記化学式１bの化合物１７重量％を主要成分として使用して、液晶の相転移温度、屈折率異方性、誘電率異方性、応答速度（セルギャップ３．７５μm）を測定した。その結果は下記の通りである。
【００７５】
【化８】
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Tni:９８℃/１０４℃、△n:０．１０４１/０．０９（２８℃）、Δε:/５．９（２８℃）、応答速度:１１ms（２８℃）
この結果のように、TM１に比較して、応答速度が６８％に減少し、相転移温度は１３０％に増加した。これは、高速高温液晶としての使用に効果的であることを示す。
比較例２
下記表４のように商用の混合物「TM１」を製造した（TM１=G１+G２+G３+G４）。G１〜G４の各含量は重量％を示す。
【００７６】
【表４】
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表４の液晶混合物TM１は、現在商用化されている液晶であって、液晶の応答速度は、セルギャップ４．６μmで、１６．２msと測定され、相転移温度は約８０℃であった。
【００７７】
実施例１１〜実施例１５
高温高速応答対応の物性変化を確認するために、主要成分として、表５に示した含量で、相転移温度が高く、屈折率異方性が大きい下記化学式１cの化合物と、残り含量の比較例２の混合液晶TM１を混合して、％濃度別に液晶の相転移温度、屈折率異方性、誘電率異方性、応答速度（セルギャップ３．７７μm）を測定した。その結果を下記表５に示す。
【００７８】
【化９】
2005534767.tif 000015
【００７９】
【表５】
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表５によれば、化学式１の化合物がない比較例２（TM１）に比べて、実施例１１〜実施例１５では優れた結果が得られた。特に、応答速度は６０％に減少し、相転移温度は１２２％に増加しており、これは、高速高温液晶としての使用に効果的であることを意味する。
実施例１６
下記化学式１dの化合物１７重量％を主要成分とた以外、実施例５と同様の方法にして、液晶の相転移温度、屈折率異方性、誘電率異方性、応答速度（セルギャップ３．８６μm）を測定した。その結果は次の通りである。
【００８０】
【化１０】
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Tni:９８℃/１００℃、△n:０．１００３/０．０９０８（２８℃）、Δε:７．７（２０℃）/６．２（２８℃）、応答速度:１１ms（２８℃）
前記結果のように、TM１に比較して、応答速度が６８％に減少し、相転移温度は１３０％に増加しており、これは、高速高温液晶としての使用に効果的であることを示す。報告されたＮＣＳ混合物は、相転移温度、屈折率異方性及び応答速度がTni:７１℃、△n:０．１５、応答速度:１４．６msであり、この場合、相転移温度が低く、屈折率が高いため、製品化が難しい。さらに、Tni:９５℃、△n:０．０８９、及び応答速度:２１．３msである場合は、応答速度が遅いため、動画対応の高速高温液晶としての適用が困難である。一方、本発明の実施例は、動画対応で、高速高温を同時に満足しており、製品化の可能性が極めて高い。
【００８１】
以上、本発明の好ましい一実施例に対して詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されず、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を利用した当業者の様々な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものである。
【図面の簡単な説明】
【００８２】
【図１】本発明の第１実施例による液晶表示装置の断面図である。
【図１ｂ】本発明の第１実施例による液晶表示装置の画素電極と共通電極の切除パターンが重なった状態の配置図である。
【図２】本発明の第２実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の構造を示す配置図である。
【図３】図２に示すV-V´線による断面図である。
【図４ａ】本発明の第２実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する中間過程における薄膜トランジスタ基板の配置図である。
【図４ｂ】４aに示すVIb-VIb´線による断面図である。
【図５ａ】本発明の第２実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する中間過程における薄膜トランジスタ基板の配置図である。
【図５ｂ】図５aに示すVIIb-VIIb´線による断面図で、図４bに続く工程を示す。
【図６ａ】本発明の第２実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する中間過程における薄膜トランジスタ基板の配置図である。
【図６ｂ】図６aに示すVIIIb-VIIIb´線による断面図で、図５bに続く工程を示す。
【図７ａ】本発明の第２実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板を製造する中間過程における薄膜トランジスタ基板の配置図である。
【図７ｂ】図７aに示すIXb-IXb´線による断面図で、図６bに続く工程を示す。
【図８】本発明の第３実施例による液晶表示装置用薄膜トランジスタ基板の構造を示す配置図である。
【図９】図８に示すXXI-XXI´線による断面図である。
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【図２】
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【図３】
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【図８】
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【図９】
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【国際調査報告】
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