(57)【要約】【課題】液晶表示装置の応答速度を向上させる。【解決手段】ゲート線、データ線１７１、画素電極１９０及び薄膜トランジスタなどが形成されている第１基板１１０と基準電極２７０が形成されている第２基板２１０との間に、ＯＣＢモードで配向されている液晶分子を含む液晶層が挟持されている液晶表示装置において、液晶表示装置のブラック状態における液晶容量（Clcblack）に対するホワイト状態における液晶容量（Clcwhite）の比率（Clcwhite/Clcblack）が０．８１４以上になるようにする。これにより、カスプが最終輝度の９０％以上で表れ、カスプ時間が応答時間に含まれないため応答速度が向上する。【選択図】図１b
2005107526.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１絶縁基板、
前記第１絶縁基板上に形成されているゲート線、
前記ゲート線と絶縁されて交差して画素領域を画定するデータ線、
前記画素領域毎に形成されている画素電極、
前記ゲート線、前記データ線及び前記画素電極と接続されている薄膜トランジスタ、
記第１絶縁基板と対向している第２絶縁基板、
前記第２絶縁基板上に形成されている基準電極、及び
前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板の間に挟持され、ＯＣＢモードで配向されている液晶分子を含む液晶層
を含み、液晶表示装置のブラック状態における液晶容量（Clcblack）に対するホワイト状態における液晶容量（Clcwhite）の比率（Clcwhite/Clcblack）が０．８１４以上である液晶表示装置。
【請求項２】
第１絶縁基板、
前記第１絶縁基板上に形成されているゲート線、
前記第１絶縁基板上に形成されている維持電極線、
前記ゲート線と絶縁されて交差して画素領域を画定するデータ線、
前記画素領域毎に形成され、前記維持電極線と重畳して保持容量を形成する画素電極、
前記ゲート線、前記データ線及び前記画素電極と接続されている薄膜トランジスタ、
前記第１絶縁基板と対向している第２絶縁基板、
前記第２絶縁基板上に形成されている基準電極、及び
前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板の間に挟持され、ＯＣＢモードで配向されている液晶分子を含む液晶層
を含み、液晶表示装置の液晶容量（Clc）に対する保持容量（Cst）の比率（Cst/Clc）が０．７７以上である液晶表示装置。
【請求項３】
前記第１及び第２絶縁基板の外側に各々配置され、支持体とディスコチック層を含む第１補償フィルム及び第２補償フィルムをさらに含む請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第１及び第２補償フィルムの外側に各々配置されている第１偏光フィルム及び第２偏光フィルムをさらに含む請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記データ線は、金属層、非晶質シリコン層及びn型不純物がドーピングされた非晶質シリコン層の３重層からなる請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記データ線をなす金属層、非晶質シリコン層及びn型不純物がドーピングされた非晶質シリコン層は、実質的に同じ平面形状を有する請求項５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、ＯＣＢ（Optically Compensated Bend）モード液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置は、一般に共通電極及びカラーフィルタなどが形成されている上部基板と、薄膜トランジスタ及び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を注入し、画素電極と共通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させ、これによって光の透過率を調節することで画像を表現する装置である。
このような液晶表示装置の中でもＯＣＢモード液晶表示装置は、広視野角と高速応答の長所があって、近来適用するための研究開発が盛んである。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
ところが、ＯＣＢモードの液晶表示装置は、応答時間測定の基準領域となる透過率１０％〜９０％の範囲の領域で１度のカスプ（cusp：透過率の増加が一時的に止まる部分）が表れ、応答時間が増加する問題点がある。
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、液晶表示装置の応答速度を向上させることである。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
このような目的を達成するために、本発明は、ブラック状態における液晶容量に対するホワイト状態における液晶容量の比率が０．８１４以上である液晶表示装置を提供する。
詳細には、第１絶縁基板、前記第１絶縁基板上に形成されているゲート線、前記ゲート線と絶縁されて交差して画素領域を画定するデータ線、前記画素領域毎に形成されている画素電極、前記ゲート線、前記データ線及び前記画素電極と接続されている薄膜トランジスタ、前記第１絶縁基板と対向している第２絶縁基板、前記第２絶縁基板上に形成されている基準電極、及び前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板の間に挟持され、ＯＣＢモードで配向されている液晶分子を含む液晶層を含み、液晶表示装置のブラック状態における液晶容量（Clcblack）に対するホワイト状態における液晶容量（Clcwhite）の比率（Clcwhite/Clcblack）が０．８１４以上である液晶表示装置を提供する。
【０００５】
また、本発明は、第１絶縁基板、前記第１絶縁基板上に形成されているゲート線、前記第１絶縁基板上に形成されている維持電極線、前記ゲート線と絶縁されて交差して画素領域を画定するデータ線、前記画素領域毎に形成され、前記維持電極線と重畳して保持容量を形成する画素電極、前記ゲート線、前記データ線及び前記画素電極と接続されている薄膜トランジスタ、前記第１絶縁基板と対向している第２絶縁基板、前記第２絶縁基板上に形成されている基準電極、及び前記第１絶縁基板と前記第２絶縁基板の間に挟持され、ＯＣＢモードで配向されている液晶分子を含む液晶層を含み、液晶表示装置の液晶容量（Clc）に対する保持容量（Cst）の比率（Cst/Clc）が０．７７以上である液晶表示装置を提供する。
【０００６】
この時、前記第１及び第２絶縁基板外側に各々配置され、支持体とディスコチック層を含む第１及び第２補償フィルムと、前記第１及び第２補償フィルム外側に各々配置されている第１及び第２偏光フィルムをさらに含むことができる。
なお、前記データ線は金属層、非晶質シリコン層及びn型不純物としてドーピングされた非晶質シリコン層の３重層からなることができ、前記データ線をなす金属層、非晶質シリコン層及びn型不純物としてドーピングされた非晶質シリコン層は実質的に同一平面形状を有することができる。
【発明の効果】
【０００７】
本発明では、カスプを最終輝度の９０％以上の位置で出現させることができるので、応答速度が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
添付した図面を参照して、本発明の実施例に対して、本発明が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することができるように詳細に説明する。しかし、本発明は多様な形態で実現することができ、ここで説明する実施例に限定されない。
図面は、各種層及び領域を明確に表現するために、厚さを拡大して示している。明細書全体を通じて類似した部分については同一な図面符号を付けている。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上に”あるとする時、これは他の部分の“すぐ上に”ある場合に限らず、その中間に更に他の部分がある場合も含む。逆に、ある部分が他の部分の“すぐ上に”あるとする時、これは中間に他の部分がない場合を意味する。
【０００９】
図面を参考にして、本発明の実施例による液晶表示装置について詳細に説明する。図１aは本発明の第１実施例による液晶表示装置の配置図であり、図１bは図１aに示すIb-Ib´線による断面図である。
本発明によるＯＣＢモード液晶表示装置は、薄膜トランジスタ基板、色フィルタ基板、これら二つの基板の間に注入されている液晶層３、二つの基板の外側に各々付着されている補償フィルム１３、２３、及び補償フィルム１３、２３の外側に各々付着されている偏光フィルム１２、２２を含む。
【００１０】
まず、薄膜トランジスタ基板について説明する。
絶縁基板１１０上にアルミニウムまたはアルミニウム合金、クロムまたはクロム合金、モリブデンまたはモリブデン合金、窒化クロムまたは窒化モリブデンなどの導電物質からなる１０００〜３５００Åの厚さのゲート配線１２１、１２３及び維持電極配線１３１、１３３a、１３３bが形成されている。
ゲート配線１２１、１２３は、横方向にのびているゲート線１２１及びゲート線１２１から突出されているゲート電極１２３を含む。
【００１１】
維持電極配線１３１、１３３a、１３３bは、横方向にのびている維持電極線１３１及び維持電極線１３１から縦方向にのびている維持電極１３３a、１３３bを含む。維持電極配線１３１、１３３a、１３３bは後述する画素電極１９０と重畳して保持容量（Cst）を形成する。この時、ゲート配線１２１、１２３は二重以上の層構造で形成することができるが、この場合、少なくとも一つの層は低抵抗特性を有する金属物質で形成するのが好ましい。
絶縁基板１１０上には、窒化ケイ素または酸化ケイ素のような絶縁物質からなる３５００〜４５００Åの厚さのゲート絶縁膜１４０がゲート配線１２１、１２３を覆っている。
ゲート絶縁膜１４０上には、ゲート電極１２３と重畳し、非晶質シリコンなどからなる８００〜１５００Åの厚さの半導体パターン１５４が形成されている。半導体パターン１５４上には、導電型不純物がドーピングされている非晶質シリコンなどからなる５００〜８００Åの厚さの抵抗性接触層１６３、１６５が形成されている。
【００１２】
抵抗性接触層１６３、１６５とゲート絶縁膜１４０上には、アルミニウムまたはアルミニウム合金、クロムまたはクロム合金、モリブデンまたはモリブデン合金、窒化クロムまたは窒化モリブデンのような導電物質からなる１５００〜３５００Åの厚さのデータ配線１７１、１７３、１７５が形成されている。
データ配線１７１、１７３、１７５は、縦方向に伸び、ゲート線１２１と交差して画素領域を画定するデータ線１７１、データ線１７１から突出して一つの抵抗性接触層１６３上にまで延長されているソース電極１７３、及びソース電極１７３の対向電極であって、もう一つの抵抗性接触層１６５の上から画素領域内部のゲート絶縁膜１４０上にまで延長されているドレイン電極１７５を含む。ここで、データ配線１７１、１７３、１７５は二重以上の層構造で形成することができるが、この場合、少なくとも一つの層は低抵抗特性を有する金属物質で形成するのが好ましい。
【００１３】
このようなデータ配線１７１、１７３、１７５及び半導体パターン１５４を窒化ケイ素または酸化ケイ素のような絶縁物質からなる１５００〜２５００Åの厚さの保護膜１８０が覆っている。
この時、ゲート線１２１とデータ線１７１が交差して画定する複数個の画素領域は、後述する赤色のカラーフィルタ（R）に対応する画素領域（以下、Ｒ画素領域という）、緑色のカラーフィルタ（G）に対応する画素領域（以下、Ｇ画素領域という）及び青色のカラーフィルタ（G）に対応する画素領域（以下、Ｂ画素領域という）に区分することができる。
保護膜１８０にはドレイン電極１７５を露出する接触孔１８１が形成されている。そして、保護膜１８０上には接触孔１８１を通じてドレイン電極１７５に接続される画素電極１９０が形成されている。ここで、画素電極１９０はITOまたはIZOのような透明導電物質で形成されている。
【００１４】
以下、このような薄膜トランジスタ基板に対応するカラーフィルタ基板について説明する。
第２絶縁基板２１０上に薄膜トランジスタ基板のゲート線１２１、データ線１７１及び薄膜トランジスタ（TFT）の一部を覆うブラックマトリックス２２０が形成されている。
第２絶縁基板２１０及びブラックマトリックス２２０の一部上には、赤色のカラーフィルタ（R）、緑色のカラーフィルタ（G）及び青色のカラーフィルタ（B）が交互に形成されている。そして、このような赤、緑、青のカラーフィルタ（R、G、B）を含む基板全面をITOまたはIZOからなる基準電極２７０が覆っている。
【００１５】
このようなカラーフィルタ基板と前記した薄膜トランジスタ基板を所定の間隔を置いて結合する際に、これら二つの基板の間に充填される液晶層３は所定のセルギャップを持つことになる。
液晶層３は、ＯＣＢモードで駆動されるように配向されている。即ち、ネマチック液晶をスプレー（splay）配向し、所定の電圧を印加してベンド（bend）配向に転換した後、印加電圧を調節することによって光透過率を制御するものである。このために、画素電極１９０表面と基準電極２７０表面には配向膜（図示せず）を形成し、ラビング（rubbing）して所定の方向に液晶分子を配向する。この時、画素電極１９０表面と基準電極２７０表面に形成する配向膜のラビング方向は一致する。スプレー配向をするためである。
二つの偏光フィルム１２、２２の偏光軸は、互いに直交するように配置されており、配向膜のラビング方向とは４５度または１３５度をなすように配置されている。補償フィルム１３、２３は緑色光を基準にして補償特性が最適化するように調整されている。
【００１６】
ここで、液晶表示装置の液晶容量（Clc）に対する保持容量（Cst）の比率（Cst/Clc）は０．７７以上であるか、ブラック状態における液晶容量（Clcblack）に対するホワイト状態における液晶容量（Clcwhite）の比率（Clcwhite/Clcblack）が０．８１４以上である。
このような液晶表示装置では、信号電圧印加後の時間経過による透過率曲線において、カスプが最終透過率の９０％以上の位置で表れており、応答速度が大きく向上する。
【００１７】
図２aは本発明の第２実施例による液晶表示装置の配置図であり、図２bは図２aに示すIIb-IIb´線による断面図である。
本発明の第２実施例による液晶表示装置は、薄膜トランジスタ基板を除いて第１実施例による液晶表示装置と同一構造である。以下、第１実施例と異なる点を中心に、第２実施例について説明する。
【００１８】
第２実施例では、データ配線１７１、１７３、１７５と抵抗性接触層１６３、１６５が実質的に同じ平面形状を有し、半導体層１５４もソース電極１７３とドレイン電極１７５の間の部分が接続されている点を除いて、データ配線１７１、１７３、１７５と実質的に同じ平面形状を有する。言い換えれば、データ配線が金属層１７１、１７３、１７５、n型不純物がドーピングされた非晶質シリコン層１６３、１６５及び非晶質シリコン層１５４の３重層からなっており、これら三つの層は実質的に同じ平面形状であると言える。
このような特徴は、薄膜トランジスタ基板の製造過程において、データ配線１７１、１７３、１７５と抵抗性接触層１６３、１６５及び半導体層１５４を１度の写真工程によってパターニングするために表れるものである。即ち、ハーフトーン（halfton）露光を用いてデータ配線１７１、１７３、１７５となる部分の上には厚い感光膜を残し、ソース電極１７３とドレイン電極１７５の間の部分の上には薄い感光膜を残した後、この感光膜をエッチングマスクとして、その下のデータ金属層、抵抗性接触層及び半導体層をエッチングする。
【００１９】
エッチング方法は、次の通りである。
まず、露出されているデータ金属層をエッチングし、引き続き抵抗性接触層及び半導体層をエッチングする。この過程で感光膜も一部エッチングされて、薄い感光膜にて覆われていたソース電極１７３とドレイン電極１７５の間のデータ金属層が露出される。感光膜をアッシングしてソース電極１７３とドレイン電極１７５の間に残る感光膜の残留物を完全に除去し、露出されたデータ金属層とその下の抵抗性接触層を連続エッチングする。このようにして、本発明の第２実施例による構造の薄膜トランジスタ基板を得ることができる。
【００２０】
ここで、液晶表示装置の液晶容量（Clc）に対する保持容量（Cst）の比率（Cst/Clc）が０．７７以上であるか、又はブラック状態における液晶容量（Clcblack）に対するホワイト状態における液晶容量（Clcwhite）の比率（Clcwhite/Clcblack）が０．８１４以上である。
このような液晶表示装置では、信号電圧印加後の時間経過による透過率曲線において、カスプが最終透過率の９０％以上の位置で表れており、応答速度が大きく向上する。
【００２１】
次に、本発明の実施例による液晶表示装置が速い応答速度を示す理由について検討する。
図３は従来技術による液晶表示装置と本発明の実施例による液晶表示装置における電圧印加後の時間経過による透過率変化曲線を比較したものである。
図３で左側グラフが従来技術による液晶表示装置の透過率変化曲線であり、右側グラフが本発明の実施例による液晶表示装置の透過率変化曲線である。
図３の左側グラフによれば、カスプが最終透過率の９０％以下の地点で表れるので、信号電圧印加後にカスプが終了した後の時間までが応答時間として算出されて、応答時間（toff）が１６．７msを超えている。ところが、図３の右側グラフによれば、カスプが最終透過率の９０％以上の地点で表れるので、応答時間算出にカスプ時間が包含されず、応答時間（toff）が５ms未満である。
【００２２】
以上のように、本発明では、時間経過による透過率変化曲線において、カスプが最終透過率の９０％以上の地点で表れるようにし、応答時間を短縮（応答速度の向上）する。ここでカスプが発生する理由は、薄膜トランジスタがオフ（off）された後、液晶の動きによって液晶容量が変化し、これによって液晶電圧も変わるためである。
【００２３】
時間経過による透過率変化曲線において、最終透過率の９０％以上の地点でカスプを出現させる方法には、Cst/Clcの値を増加させる方法と、ClcblackとClcwhiteの差を減少させる方法などがある。
まず、Cst/Clcの値を増加させる方法は、液晶容量（Clc）の変化が全体静電容量（Clc+Cst）に与える影響を可能な限り減らすためである。このようにすれば、液晶の配向状態が変わって液晶容量が変化しても全体静電容量の変化は大きくないため、液晶に印加される電圧の変動も減少する。即ち、V=Q/（Cst+Clc）において、Clcの変化がVに与える影響を減らす方法である。
【００２４】
Cst/Clcの値を増加させる方法には、維持電極配線の幅を増加させたり画素電極と維持電極配線の間の絶縁膜の厚さを薄くして、Cstの容量を大きくする方法と、液晶層のセルギャップを増加させたり誘電率が低い液晶を用いてClcの値を減少させる方法がある。
本発明の発明者は、画素電極と維持電極配線の間の絶縁膜の厚さを１５００Åさらに薄くしてCstの容量を増加させる実験を実施した。その結果は、次の表１の通りである。
【表１】
2005107526.tif 000003
【００２５】
表１で、Clcblack=１．０７１である。
表１から分かるように、画素電極と維持電極配線の間の絶縁膜の厚さを減少させると、Cstが３０％増加し、これに伴い応答時間が０．８ms減少し、最終輝度の８１．８％で見えていたカスプが最終輝度の８７．３％の時点で表れた。これは、Cst/Clcの値を増加させたことが応答速度向上に効果があることを裏付けるものである。
表１の結果に基づいて、カスプが最終輝度の９０％以上の時点で表れるための条件を類推すれば次のようになる。
従来：Cst=０．５６６、Clcblack=１．０７１（Cst/Clc=０．５３）
→カスプの位置:８１．８％
改善：Cst=０．７３６、Clcblack=１．０７１（Cst/Clc=０．６９）
→カスプの位置:８７．３％
これを比例式に代入すれば、
（０．６９−０．５３）:（８７．３−８１．８）
＝（ｘ−０．５３）:（９０−８１．８）
∴０．１６:５．５＝ｘ:８．２
∴ｘ＝０．７６８
以上によって、カスプが最終輝度の９０％以上で表れるためには、Cst/Clc＞０．７７を満足しなければならない。
【００２６】
次に、ClcblackとClcwhiteの差を減少させる方法は、液晶の動きによる液晶容量の変化を最少化することである。
すなわち、以下の式で表されるVw/Vbを、１に近づけることである。
【式１】
【００２７】
2005107526.tif 000004
【００２８】
ClcblackとClcwhiteの差を減少させる方法には、液晶層のセルギャップを減少させる方法がある。
本発明の発明者は、セルギャップを５．３μmから５．０μmに減少させて、ClcblackとClcwhiteの差を減少させる実験を行った。その結果を次の表２に示す。
【表２】
2005107526.tif 000005
【００２９】
表２の二つの条件に対して様々な階調電圧変化条件を与えた後、応答時間を測定した。
図４aは従来の液晶表示装置（セルギャップ５．３μm）における様々な階調変化に対する応答時間を示す棒グラフであり、図４bは本発明の実施例による液晶表示装置（セルギャップ５．０μm）における様々な階調変化に対する応答時間を示す棒グラフである。
図４a及び図４bで、スタートグレイ（start gray）は本来の階調を示し、エンドグレイ（end gray）は新たに与えられた階調を示す。スタートグレイの各階調目盛りの延長線とエンドグレイの各階調目盛りの延長線が交差する地点にある棒の高さが、スタートグレイがエンドグレイに変化するのにかかる時間を示す。
図４aによれば、一部の応答時間が１５msを越えているが、図４bによれば、全ての応答時間が５ms以下である。
以上によって、Clcwhite/Clcblack≧０．８１４である場合、カスプが最終輝度の９０％以上で表れることが分かった。
【００３０】
以上、本発明の好ましい実施例につい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、本発明の特許請求の範囲で定義している基本概念を利用した当業者の多様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】
【００３１】
【図１ａ】本発明の第１実施例による液晶表示装置の配置図である。
【図１ｂ】図１aに示すIb-Ib´線による断面図である。
【図２ａ】本発明の第２実施例による液晶表示装置の配置図である。
【図２ｂ】図２aに示すIIb-IIb´線による断面図である。
【図３】従来技術による液晶表示装置と本発明の実施例による液晶表示装置との電圧印加後の時間経過による透過率変化曲線を比較したものである。
【図４ａ】従来の液晶表示装置において、様々な階調変化に対する応答時間を示す棒グラフである。
【図４ｂ】本発明の実施例による液晶表示装置において、様々な階調変化に対する応答時間を示す棒グラフである。
【符号の説明】
【００３２】
３  液晶層
１３、２３  補償フィルム
１２、２２  偏光フィルム
１１０、２１０  絶縁基板
１２１  ゲート線
１２３  ゲート電極
１４０  ゲート絶縁膜
１６３、１６５  抵抗性接触層
１７１  データ線
１７３  ソース電極
１７５  ドレイン電極
１８０  保護膜
１８１  接触孔
１９０  画素電極
２２０  ブラックマトリックス
２７０  基準電極
【図１ａ】
2005107526.tif 000006
【図１ｂ】
2005107526.tif 000007
【図２ａ】
2005107526.tif 000008
【図２ｂ】
2005107526.tif 000009
【図３】
2005107526.tif 000010
【図４ａ】
2005107526.tif 000011
【図４ｂ】
2005107526.tif 000012