KR100281398B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 액정 표시 장치는 : 제 1 및 제 2 기판; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 삽입된 액정층; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이의 간격을 규정하기 위한 복수의 필러형 스페이서(pillar-like spacer); 상기 제 1 기판 및 제 2 기판의 액정층을 향한 각 측면에 제공되어, 상기 액정층을 통해 전압을 인가하기 위한 복수의 전극; 및 상기 복수의 전극에 의해 규정되는 복수의 화소 영역을 포함한다. 상기 액정층은 부(negative)의 유전 이방성을 갖는 액정 분자를 가진다. 상기 제 1 및 제 2 기판의 액정층을 향한 표면 및 상기 필러형 스페이서의 표면에 수직 배향층이 제공된다. 상기 액정층은 상기 복수의 필러형 스페이서에 의해 규정되는 복수의 액정 영역을 포함한다. 상기 각각의 화소 영역은 상기 액정 영역들중 적어도 1개를 포함한다. 상기 액정 영역내의 액정 분자는 전압 무인가시에는 상기 제 1 및 제 2 기판의 표면에 대하여 대략 수직으로 배향되고 전압 인가시에는 축대칭으로 배향된다.
Description
본 발명은 퍼스널 컴퓨터, 워드 프로세서, 어뮤즈먼트 기기, 텔레비젼 세트등의 평면 디스플레이등에 적절하게 사용되는 광시야각 특성을 갖는 액정 표시 장치(이하, 간단하게 LCD 장치라 함)에 관한 것이다.
현재, 상기한 평면 디스플레이에 사용되는 액정표시(LCD) 장치로는 TN (트위스트 네마틱) 모드를 주로 사용하는 것으로 알려져 있다. 이러한 TN 모드의 액정 표시 장치는 비교적 시야각이 좁기 때문에, 이를 개선하도록 광시야각 TN 모드 LCD 장치의 개발이 진행되고 있다.
예컨대, 일본국 공개 특허 공보 제 94-301015호 및 제 95-120728호는 액정 분자가 각 화소내에 축대칭 패턴으로 배향되어 있는 ASM 모드(축대칭 배향 마이크로셀 모드)를 이용하여 시야각을 개선시키는 기술을 개시하고 있다. 상기 공보에서는 한쌍의 기판 사이에 복수의 고분자벽 및 표시매체(액정 분자)를 포함하는 복수의 액정 영역이 제공된다. 각 액정 영역은 고분자벽으로 둘러싸이고, 액정 분자는 각 액정 영역에서 축대칭으로 배향된다. 이로써 상기 장치의 시야각 특성을 현저하게 개선시키게 된다.
또한, 일본국 공개 특허 공보 제 96-341590호에서는, 예컨대 모든 방위각에서 양호한 시야각 특성을 갖는 고콘트라스트 LCD 장치를 비교적 용이하게 얻을 수 있는 다른 기술을 개시하고 있다. 이 기술에 따른 장치는 액정 분자가 각 액정 영역에 대해 축대칭으로 배향되는 경우에 시야각을 개선시키기에 적합한 액정층을 포함한다. 이 기술에 대해서 도 22a 및 22b를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 22a 및 22b는 상기 기술에 따른 LCD 장치의 예시적인 구성을 나타낸 도면이다. 도 22b는 상기 예시적인 구성을 나타낸 평면도이고, 도 22a는 도 22b의 Z-Z'선의 단면도이다. 이 LCD장치는 소정 간격을 두고 서로 대향하고 있는 유리 기판(101,102)을 포함한다. 상기 기판들(101,102) 사이에 부(negative)의 유전율 이방성을 가진 액정 재료를 포함하는 액정층(109)이 제공된다. 상기 기판(102)의 내측 표면(액정층과 대향하는 표면)상에 스트라이프 패턴의 신호 전극(104)이 제공된다. 폴리이미드등으로 된 수직 배향층(105)이 신호 전극(104)의 스트라이프 패턴을 거의 피복하도록 제공된다. 복수의 신호 전극(103)의 스트라이프 패턴이 기판(101)의 내측 표면상에 제공되어 신호 전극(104)의 스트라이프 패턴과 교차한다. 또한, 복수의 격벽(106)이 신호 전극(103)상에 격자상으로 제공된다. 복수의 필러형(pillar-like) 돌출부들(107)이 격벽(106)상에 선택적으로 제공되어 기판(102)을 향해 연장된다. 상기 격벽(106)은, 예컨대 감광성 수지를 마스크를 통해 노광 및 현상함에 의해 패터닝된다. 유사하게, 필러형 돌출부(107)도, 예컨대 감광성 수지를 마스크를 통해 노광 및 현상함에 의해 패터닝된다. 신호 전극(103,104), 격벽(106) 및 필러형 돌출부(107)는 폴리이미등으로 된 수직 배향층(105)에 의해 피복된다.
이 기술에 따르면, 각 액정 영역(108)의 위치 및 사이즈는 부분적으로 주변 격벽(106)에 의해 규정된다. 신호 전극들(103,104) 사이에 전압이 인가되지 않는 경우에, 각 액정 영역(108)의 액정 분자는 기판들(101,102)에 대해 거의 수직으로 배향된다. 신호 전극들(103,104) 사이에 전압이 인가되는 경우에, 액정 분자는 각 액정 영역(108)내에서 축대칭으로 배향된다. 격벽(106) 및 기판(102) 사이로 연장하는 필러형 돌출부(107)는 그들 사이에 일정한 셀갭을 유지하도록 작용한다.
전압이 인가되는 경우에 각 액정 영역의 액정 분자의 축대칭 배향을 안정적으로 얻기 위해서, 일본국 공개 특허 공보 제 96-341590호에서는 각 액정 영역에 대응하는 영역의 한쌍의 기판들중 적어도 하나상의 요철 표면상에 제공되는 폴리머 재료로 된 축대칭 배향 고정층을 개시한다. 상기 축대칭 배향 고정층은, 예컨대 부의 유전율 이방성을 가진 액정 재료와 광경화성 재료를 포함하는 전구체 혼합물을 한쌍의 기판들 사이에 제공한 다음, 광을 조사함에 의해 상기 전구체 혼합물을 경화시킴으로써 형성될 수 있다.
예컨대, 일본국 공개 특허 공보 제 89-217396호 및 92-285931호에서는 플라즈마 어드레스형 액정 표시 장치(이하, 간단하게 PALCD 장치라 함)를 개시한다. PALCD 장치는 잘 알려져 있고 상기 TN 모드 LCD 장치, 또는 각 화소의 온/오프 절환을 제어하는 스위칭 소자로서 TFT(박막 트랜지스터)를 이용하는 TFT-LCD 장치를 대체할 것으로 기대되는 20인치를 넘는 대형 디스플레이 장치로서 개발이 진행되고 있다.
도 23을 참조하면, PALCD 장치는 액정층(202)이 사이에 삽입된 투명 기판(201) 및 플라즈마 발생 기판(210)을 포함한다. 플라즈마 발생 기판(210)은 서로 대향하는 유전체 시트(216)와 기판(211)을 포함하고, 스트라이프 패턴의 격벽(212)이 기판(211)과 유전체 시트(216) 사이에 삽입된다. 인접한 격벽(212), 기판(211) 및 유전체 시트(216)에 의해 둘러싸인 공간에 복수의 방전 채널(213)이 스트라이프 패턴으로 배열된다. 각 채널(213)은 애노드 전극(214)과 캐소드 전극(215) 사이에서 방전에 의해 이온화될 가스를 포함한다. 액정층(202)을 향한 투명 기판(201)의 측면상에, 방전 채널(213)의 스트라이프 패턴에 대해 거의 수직하게 되도록, 데이터 전극으로 작용하는 투명 전극(205)의 스트라이프 패턴이 제공된다. 상기 기판(201)과 유전체 시트(216) 사이에 액정층(202)이 제공된다. 플라스틱 비드(즉, 파티클 스페이서) 등의 셀갭 제어 재료(206)에 의해 상기 기판(201)과 유전체 시트(216) 사이에 일정한 셀갭이 유지된다. 액정층(202)을 향한 유전체 시트(216) 및 기판(201) 각각의 표면상에 배향막(도시 안됨)이 제공된다.
예컨대, 일본국 공개 특허 공보 제97-197384호에서는 PALCD 장치의 시야각을 개선시키기 위한 기술을 개시하고 있다. 도 24a 및 24b를 참조하면, 액정셀은 각각 표시 매체를 포함하는 복수의 액정 영역들을 규정하는 복수의 고분자벽을 포함하며, 상기 고분자 벽들은 셀갭 제어 재료로 작용한다.
도 24a는 이 기술에 따른 PALCD 장치를 나타낸 단면도이고, 도 24b는 화소 배열을 나타낸 평면도이다. 도 23, 24a 및 24b에서, 유사한 참조부호는 유사한 부품들을 나타낸다.
도 24a 및 24b에 나타낸 PALCD 장치는 도 23에 도시된 PALCD 장치의 액정층(202)에 대응하여 표시 매체(220)를 이용하는 점에서 도 23에 도시된 PALCD 장치와 다르다. 상기 표시 매체(220)는 복수의 액정 영역(220a) 및 각 액정 영역(220a)을 둘러싸는 고분자벽(220b)을 포함한다. 각 액정 영역(220a)내의 액정 분자는 축대칭으로 배향된다. 액정 영역(220a)은 도 24b에 도시된 바와 같이 매트릭스상으로 배열된다. 상기 PALCD 장치는 도 24a에 도시된 바와 같이 편광판(221,222)을 포함한다.
일본국 공개 특허 공보 제97-197384호에서는, 도 25a 및 25b에 도시된 바와 같이 격벽들(212)중 적어도 하나와 교차하는 표시 매체내의 스페이서벽(223)을 포함하는 PALCD 장치를 개시하고 있다.
도 25a는 PALCD 장치의 단면도이고, 도 25b는 그의 평면도이다. 도 23, 25a 및 25b에서, 유사한 참조부호는 유사한 부품들을 나타낸다. 도 25b에 도시된 바와 같이, PALCD 장치는 표시 매체(220)를 사이에 개재한채 기판(201)과 플라즈마 발생 기판(210) 사이에 스페이서벽(223)을 포함한다. 스페이서벽(223)은 플라즈마 발생 기판(210)에 제공된 각각의 방전 채널(213)을 분리시키는 격벽들(212)중 적어도 하나와 교차한다. 플라즈마 발생 기판(210)의 격벽(212)과 유사하게, 스페이서벽(223)도 기판들(201,210) 사이에 일정한 셀갭을 유지하는 수단으로서 작용한다.
그러나, 상기한 광시야각 LCD 장치 및 PALCD 장치는 다음의 문제가 있다.
(1) 일본국 공개 특허 공보 제94-301015호 및 제95-120728호에 제안되어 있는 광시야각(ASM mode) LCD 장치에서는, 정의 유전 이방성을 갖는 액정재료 및 광경화수지의 혼합물의 상분리를 통해 고분자벽과 액정 영역을 형성한다. 이는 복잡한 온도제어를 필요로 하는 상분리공정을 이용하기 때문에, 상기한 LCD 장치의 제조가 어렵다. 또한, 형성된 축대칭 배향이 불안정하여, 특히 고온 조건하에서 장치의 신뢰성이 감소된다.
(2) 일본국 공개 특허 공보 제96-341590호에 제안되어 있는 광시야각(ASM mode) LCD 장치에서는, 표시매체가 격벽 및 그 격벽위에 선택적으로 형성되는 필러형 돌출부를 포함하는 2층 구조를 가진다. 상기 구조를 형성하기 위해서는, 2회의 패터닝 공정을 필요로 하기 때문에, 장치의 제조 비용이 비싸지고 제조 시간도 길어지게 된다. 또한, 정밀한 배향이 요구되기 때문에, 배향 마진이 필요하고 따라서 장치의 제조 수율이 감소된다.
(3) 일본국 공개 특허 공보 제89-217396호 및 제92-285931호에 개시되어 있는 PALCD 장치에서, 장치의 셀갭을 유지하기 위해서 비드를 사용하는 경우, 비드와 기판 사이의 콘택트 영역등이 작다. 따라서, 액정셀 제조시 및 진공 주입에 의한 표시매체의 주입시에, 비드와 기판 사이의 콘택트 영역상에 응력이 국부적으로 집중되어, 채널과 표시 매체를 분리시키는 유전체 시트가 파괴될 가능성이 있다.
(4) 일본국 공개 특허 공보 제97-197384호에 개시되어 있는 PALCD 장치에서는, 액정재료와 광경화수지의 혼합물의 상분리를 이용하여 고분자벽과 액정 영역을 형성한다. 이는 복잡한 온도제어를 필요로 하는 상분리공정을 이용하기 때문에, LCD 장치의 제조가 어렵다. 또한, 형성된 축대칭 배향이 불안정하여, 특히 고온하에서 장치의 신뢰성이 감소된다.
(5) 일본국 공개 특허 공보 제96-341590호에서 제안하고 있는 광시야각 (ASM mode) LCD 장치는 각 액정 영역을 둘러싸도록 격자 패턴으로 제공된 격벽을 포함한다. 상기 일본국 공개 특허 공보 제97-197384호에 개시된 PALCD 장치는 격벽과 교차하도록 제공된 스페이서벽을 포함한다. 이 기술에서는, 격벽(일본국 공개 특허 공보 제96-341590호) 또는 스페이서벽(일본국 공개 특허 공보 제97-197384호)이 형성된후 액정셀에 액정재료를 주입한다. 따라서, 상기 격벽 또는 스페이서벽이 액정재료의 주입을 방해할 수 있어서, 액정재료의 주입속도를 감소시키는 원인으로 된다. 이로써, 주입시간이 길어지고 장치의 제조 비용이 비싸지게 된다.
(6) 일반적으로, LCD 장치에 이용되는 액정재료는 복수의 다른 액정 화합물을 포함하는 혼합물이다. 이러한 액정재료 혼합물을 액정셀에 주입할때, 여러 가지 혼합물들 사이의 이동속도 및 분배계수에 차이가 있다. 이 차이는 셀의 주입 포트에서의 거리에 따라 혼합물의 혼합비에 대한 액정 셀의 액정 화합물의 면내분포를 야기한다. 이를 소위 크로마토그라픽 현상이라 한다. 이 크로마토그라픽 현상(또는 면내 분포)에 의하여 표시 얼룩이 야기된다. 액정재료의 주입속도가 감소하면, 크로마토그라픽 현상이 더욱 현저하게 되어 표시얼룩이 증대됨으로써, LCD 장치의 표시품위가 저하하게 된다.
고분자 재료로 된 축대칭 배향 고정층이 제공되는 일본국 공개 특허 공보 제96-341590호에 개시된 기술에 따르면, 액정재료 이외에 광경화성 재료도 포함된다. 따라서, 크로마토그라픽 현상이 더 쉽게 발생되어, 표시 얼룩이 더욱 증대함으로써 LCD 장치의 표시 품위가 감소된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 액정 표시 장치는 : 제 1 및 제 2 기판; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 삽입된 액정층; 상기 제 1 및 제 2 기판 사이의 간격을 규정하기 위한 복수의 필러형 스페이서; 상기 제 1 기판 및 제 2 기판의 액정층을 향한 각 측면에 제공되어, 상기 액정층을 통해 전압을 인가하기 위한 복수의 전극; 및 상기 복수의 전극에 의해 규정되는 복수의 화소 영역을 포함한다. 상기 액정층은 부의 유전 이방성을 갖는 액정 분자를 가진다. 상기 제 1 및 제 2 기판의 액정층을 향한 표면 및 상기 필러형 스페이서의 표면에 수직 배향층이 제공된다. 상기 액정층은 상기 복수의 필러형 스페이서에 의해 규정되는 복수의 액정 영역을 포함한다. 상기 각각의 화소 영역은 상기 액정 영역들중 적어도 1개를 포함한다. 상기 액정 영역내의 액정 분자는 전압 무인가시에는 상기 제 1 및 제 2 기판의 표면에 대하여 대략 수직으로 배향되고 전압 인가시에는 축대칭으로 배향된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 1 및 제 2 기판의 액정층을 향한 표면들에 제공된 적어도 하나의 수직 배향층들상에 고분자 재료로 된 축대칭 배향 고정층이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 필러형 스페이서가 상기 화소 영역들 각각의 주위에 적어도 4개의 위치에 제공된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 필러형 스페이서는 상기 화소 영역내에 적어도 하나의 점대칭 및 선대칭으로 배열되어 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 필러형 스페이서는 상기 화소 영역 각각의 4개의 코너 또는 4개의 측면과 각각 접촉되도록 배열되어 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 필러형 스페이서의 상기 제 1 및 제 2 기판의 표면에 대해 평행한 평면을 따른 방향에서의 단면이 직사각형, 둥글려진 코너를 가진 직사각형, 십자형, T자형, L자형, 원형, 및 타원형으로 된 그룹에서 선택된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 필러형 스페이서는 상기 화소 영역 각각의 코너, 및 각 측면을 따라 적어도 2개의 동일하게 분할된 위치들에 제공된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 필러형 스페이서의 상기 제 1 및 제 2 기판의 표면에 대해 평행한 평면을 따른 방향에서의 단면이 직사각형, 둥글려진 코너를 가진 직사각형, 원형 및 반원형으로 된 그룹에서 선택된다. 상기 각 화소 영역의 필러형 스페이서와 외접하고 있는 직사각형은 상기 화소 영역에 인접하여 그 화소 영역을 둘러싸고 있는 화소 영역들에 의해 규정된 영역내에 끼워질 수 있는 사이즈로 되어 있다. 상기 필러형 스페이서 각각의 짧은 쪽의 1변 또는 직경이 약 5μm 이상으로 된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 2개의 인접한 필러형 스페이서들 사이의 간격을 D, 상기 필러형 스페이서가 직사각형 단면을 갖는 경우에는 그 스페이서의 직사각형 단면의 짧은 쪽의 길이, 또는 상기 필러형 스페이서가 원형 단면을 갖는 경우에는 그 스페이서의 원형 단면의 직경을 ds라 하고, y= D/ds 일때;
0.1≤y≤ 4.49e-0.0607ds+1.5의 관계가 성립된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 필러형 스페이서는 상기 화소 영역의 코너를 제외한 각 위치들에서 각각의 화소 영역의 4개의 측면들과 접촉되어 배치된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 필러형 스페이서의 상기 제 1 및 제 2 기판의 표면에 대해 평행한 평면을 따른 방향에서의 단면이 직사각형 및 둥글려진 코너를 가진 직사각형으로 된 그룹에서 선택된다. 상기 필러형 스페이서와 접촉되어 있는 화소 영역의 측면에 대해 수직한 상기 필러형 스페이서의 각 측면은 약 5μm 이상이고 2개의 인접한 화소 영역들 사이의 간격보다 짧다. 상기 필러형 스페이서와 접촉되어 있는 화소 영역의 측면에 대해 평행한 상기 필러형 스페이서의 다른 쪽 각 측면은 화소 영역의 측면 길이의 약 20% 보다 길고 약 90% 보다 짧다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 플라즈마 어드레스형 액정 표시 장치는 : 제 1 기판, 상기 제 1 기판에 대향하는 유전체 시트, 및 상기 제 1 기판, 유전체 시트 및 상기 제 1 기판과 유전체 시트 사이에 제공된 하나 이상의 격벽으로 둘러싸여 있고, 스트라이프 패턴으로 배열된 복수의 방전 채널을 포함하는 플라즈마 발생 기판; 상기 플라즈마 발생 기판의 유전체 시트와 일정한 간격을 두고 대향하는 제 2 기판으로서, 상기 유전체 시트를 향한 제 2 기판의 표면상에 제공된 복수의 신호 전극을 포함하며, 상기 신호 전극은 방전 채널의 스트라이프 패턴과 교차하는 스트라이프 패턴으로 배열되어 있는 제 2 기판; 상기 유전체 기판과 제 2 기판 사이에 삽입된 액정층; 상기 유전체 시트와 제 2 기판 사이의 간격을 규정하기 위한 복수의 필러형 스페이서; 및 상기 신호 전극들중 하나가 방전 채널들중 하나와 교차하는 영역으로서 규정되는 복수의 화소 영역을 포함한다. 상기 액정층은 부의 유전 이방성을 갖는 액정분자를 가진다. 상기 유전체 시트 및 제 2 기판의 액정층을 향한 표면 및 상기 필러형 스페이서의 표면들상에 수직 배향층이 제공된다. 상기 액정층은 상기 복수의 필러형 스페이서에 의해 규정되는 복수의 액정 영역을 포함한다. 상기 각 화소 영역은 적어도 하나의 상기 액정 영역을 포함한다. 상기 액정 영역내의 액정 분자는 전압무인가시에는 상기 제 1 및 제 2기판의 표면에 대해 거의 수직하게 배향되고 전압인가시에는 축대칭으로 배향된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 제 2 기판 및 유전체 시트의 액정층을 향한 표면상에 제공된 적어도 하나의 수직 배향층상에 고분자 재료로 된 축대칭 배향 고정층이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 필러형 스페이서는 상기 각 화소 영역 주위의 적어도 4개의 위치들에 제공된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 필러형 스페이서는 각 화소 영역내에 적어도 하나의 점대칭 및 선대칭으로 배열된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 필러형 스페이서는 각 화소 영역의 4개의 코너 또는 4개의 측면과 각각 접촉되게 배치된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 필러형 스페이서의 상기 제 1 및 제 2 기판의 표면에 대해 평행한 평면을 따른 방향에서의 단면이 직사각형, 둥글려진 코너를 가진 직사각형, 십자형, T자형, L자형, 원형, 및 타원형으로 된 그룹에서 선택된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 필러형 스페이서는 상기 화소 영역 각각의 코너, 및 그 화소 영역의 각 측면을 따라 적어도 2개의 동일하게 분할된 위치들에 제공된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 필러형 스페이서의 상기 제 1 및 제 2 기판의 표면에 대해 평행한 평면을 따른 방향에서의 단면이 직사각형, 둥글려진 코너를 가진 직사각형, 원형 및 반원형으로 된 그룹에서 선택된다. 상기 각 화소 영역의 필러형 스페이서와 외접하고 있는 직사각형은 상기 화소 영역에 인접하여 그 화소 영역을 둘러싸고 있는 화소 영역들에 의해 규정된 영역내에 끼워질 수 있는 사이즈로 되어 있다. 상기 필러형 스페이서 각각의 짧은 쪽의 1변 또는 직경이 약 5μm 이상으로 된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 2개의 인접한 필러형 스페이서들 사이의 간격을 D, 상기 필러형 스페이서가 직사각형 단면을 갖는 경우에는 그 스페이서의 짧은 쪽의 길이 및 상기 필러형 스페이서가 원형 단면을 갖는 경우에는 그 스페이서의 원형 단면의 직경 중 하나를 ds라 하고, y= D/ds 일때;
0.1≤y≤ 4.49e-0.0607ds+1.5의 관계가 성립된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 필러형 스페이서는 상기 화소 영역의 코너를 제외한 각 위치들에서 각각의 화소 영역의 4개의 측면들과 접촉되게 배치된다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 필러형 스페이서의 상기 제 1 및 제 2 기판의 표면에 대해 평행한 평면을 따른 방향에서의 단면이 직사각형 및 둥글려진 코너를 가진 직사각형으로 된 그룹에서 선택된다. 상기 필러형 스페이서와 접촉되어 있는 화소 영역의 측면에 대해 수직한 상기 필러형 스페이서의 각 측면은 약 5μm 이상이고 2개의 인접한 화소 영역들 사이의 간격보다 짧다. 상기 필러형 스페이서와 접촉되어 있는 화소 영역의 측면에 대해 평행한 상기 필러형 스페이서의 다른 쪽 각 측면은 화소 영역의 측면 길이의 약 20% 보다 길고 약 90% 보다 짧다.
이하, 본 발명의 작용에 대해 설명한다.
본 발명에서는, 수직 배향층이 있으므로, 그 수직 배향층과 접촉하는 액정분자가 수직 배향층에 대해 수직으로 배향된다. 바람직하게도, 화소 영역 주위의 적어도 4개의 위치에 필러형 스페이서가 배치되어 있다. 또한, 상기 4개의 위치는 각 화소 영역 내에서 점대칭 또는 선대칭으로 배열된다(예컨대, 상기 4개의 위치들은 각 화소 영역의 4개의 코너에 대응한다). 이러한 배열의 필러형 스페이서는 액정 분자가 축대칭으로 배향된 각 화소 영역을 규정하여, 일정한 액정셀갭을 유지시키도록 작용할 수 있다. 또한, 상기 필러형 스페이서는 각 화소 영역에 부분적으로만 제공되므로, 그 필러형 스페이서가 액정 재료의 셀로의 주입을 방해하지 않게 됨으로써, 주입 속도가 감소되지 않는다. 따라서, 크로마토그라픽 현상이 덜 발생되어, 그 크로마토그라픽 현상에 의해 발생되는 표시 얼룩이 감소됨으로써 LCD 장치의 표시 품위를 향상시킨다.
축대칭 배향 고정층을 기판들중 적어도 하나에 형성한 경우에는, (그 축대칭 배향 고정층에 의해 액정 분자가 축대칭으로 배향되어 있는) 각 액정 영역의 축을 소정 위치에 일치시킬 수 있어서, 안정적인 축대칭 배향을 제공한다. 본 발명에서 사용된 축대칭 배향 고정층은 액정 재료와 광경화성 모노머의 혼합물을 액정셀(예컨대, 그 내부에 제공된 필러형 스페이서를 포함함)로 주입하여, 그 셀을 통해 전압을 인가하여 액정 분자의 축대칭을 이룩한 다음, 상기 혼합물에 광을 조사하여 분자의 배향을 고정시킴에 의해 형성될 수 있다.
본 발명의 PALCD 장치에서는, 제 2 기판 또는 유전체 시트와 필러형 스페이서 사이에 접촉영역이 있기 때문에, (예컨대, 한쌍의 기판들을 함께 부착하는 공정 등의) 셀제조중에 또는 액정 재료의 주입중에 유전체 시트와 필러형 스페이서 사이의 접촉영역에 응력이 집중됨을 억제할 수 있다. 따라서, 유전체 시트의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 각 화소 영역 주위의 적어도 4개의 위치들에 필러형 스페이서가 제공되고, 상기한 배열의 필러형 스페이서는 액정 분자가 축대칭으로 배향되어 있는 각 화소 영역을 규정하여, 액정셀의 셀갭을 일정하게 유지하도록 작용할 수 있다. 또한, 필러형 스페이서가 각 화소 영역에만 부분적으로 제공되므로, 상기 필러형 스페이서는 액정 재료의 셀로의 주입을 방해하지 않게되어, 주입 속도가 감소되지 않는다. 따라서, 크로마토그라픽 현상이 덜 발생되어, 그 크로마토그라픽 현상에 의해 야기되는 표시 얼룩이 감소됨으로써 LCD 장치의 표시 품위를 개선시킬 수 있다.
제 2 기판 및 유전체 시트중 적어도 하나에 축대칭 배향 고정층이 제공되는 경우, (그 축대칭 배향 고정층에 의해 액정 분자가 축대칭으로 배향된) 각 액정 영역의 축을 소정 위치로 일치시킬 수 있음으로써, 안정적인 축대칭 배향을 제공한다.
본 발명의 PALCD 장치에서, 액정층이 부의 유전 이방성을 갖는 액정분자를 가지며, 플라즈마 발생 기판 및 제 2 기판 각각의 액정층을 향한 표면에 수직 배향층이 제공된다. 상기 액정 영역의 액정분자는 전압무인가시에는 제 1 및 제 2 기판의 표면에 대하여 거의 수직으로 배향되고 전압인가시에는 축대칭으로 배향된다. 따라서, 액정 분자가 각 액정 영역내에 축대칭으로 배향된 양호한 시야각 특성을 갖는 고콘트라스트 표시가 실현될 수 있다.
본 발명의 LCD 장치에서의 각 필러형 스페이서의 단면은 특정 형태로 제한되지 않으며, 도 21a∼21f에 나타낸 바와 같이 십자형, 직사각형, T자형, L자형, 원형 또는 타원형의 것등을 포함할 수 있다. 본 발명의 상세한 설명에서 후술되는 바와 같이, 필러형 스페이서는 단일 패터닝 공정을 통해 형성될 수 있다. 이로써 복수의 패터닝 공정을 이용하는 기술에서 요구되는 정밀한 배향의 필요성이 없게되어, 장치의 제조 수율을 향상시키며 따라서 제조 시간을 단축시키고 장치의 제조 비용을 절감할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 크로마토그라픽 현상이 덜 발생되어, 장치의 표시 품위가 개선되고, 일정한 셀갭이 유지될 수 있는 양호한 시야각 특성을 가진 LCD 장치를 제공할 수 있다.
본 발명의 상기한 장점들 및 다른 장점들은 첨부 도면들을 참조하여 기술되는 상세한 설명을 이해하면 당업자들에게 더욱 명백해질 것이다.
도 1a 및 1b는 본 발명의 실시예 1에 따른 LCD 장치의 예시적인 구성을 나타낸 개략도이며, 도 1b는 평면도, 및 도 1a는 도 1b의 X-X'선의 단면도,
도 2a 및 2c는 액정 표시 장치의 단면도이고, 도 2b 및 2d는 상기 장치의 상부면이 크로스니콜 상태의 편광현미경으로 관찰된 결과를 나타내며, 도 2a 및 2b는 전압이 인가되지 않는 상태를 나타내며, 도 2c 및 2d는 전압이 인가되는 상태를 나타낸 도면,
도 3은 도 1a 및 1b에 도시된 LCD 장치의 제조 방법의 각 공정들을 나타낸 단면도,
도 4a 및 4b는 본 발명의 실시예 1에 따른 LCD 장치의 다른 예시적인 구성을 개략적으로 나타내며, 도 4b는 평면도이고, 도 4a는 도 4b의 Y-Y'선의 단면도,
도 5는 본 발명의 실시예 3에 따라 제조된 액정셀의 필러형 스페이서(pillar-like spacer)의 예시적인 구성을 나타낸 개략적인 도면,
도 6은 도 5의 액정셀을 사용할 때의 관찰 결과를 나타낸 개략적인 도면,
도 7은 본 발명의 실시예 4에 따라 제조된 액정셀의 필러형 스페이서의 예시적인 구성을 나타낸 개략적인 도면,
도 8은 본 발명의 실시예 4에 따라 제조된 액정셀의 필러형 스페이서의 다른 예시적인 구성을 나타낸 개략적인 도면,
도 9는 도 7의 액정셀의 사용시에 관찰되는 결과를 나타낸 개략적인 도면,
도 10은 도 8의 액정셀의 사용시에 관찰되는 결과를 나타낸 개략적인 도면,
도 11은 본 발명의 실시예 5에 따라 제조된 액정셀의 필러형 스페이서의 다른 예시적인 구성을 나타낸 개략적인 도면,
도 12는 도 11의 액정셀의 사용시에 관찰되는 결과를 나타낸 개략적인 도면,
도 13은 본 발명의 실시예 6에 따라 제조된 액정셀의 필러형 스페이서의 다른 예시적인 구성을 나타낸 개략적인 도면,
도 14는 본 발명의 실시예 7에 따라 제조된 액정셀의 필러형 스페이서의 다른 예시적인 구성을 나타낸 개략적인 도면,
도 15는 본 발명의 실시예 8에 따라 제조된 액정셀의 필러형 스페이서의 다른 예시적인 구성을 나타낸 개략적인 도면,
도 16a 및 16b는 본 발명의 실시예 9에 따라 제조된 액정셀의 필러형 스페이서의 다른 예시적인 구성을 나타낸 개략적인 도면,
도 17은 여러 가지 LCD 장치의 축대칭율에 대한 계산 결과를 나타낸 그래프로서, 수평축은 필러형 스페이서가 직사각형 단면을 갖는 경우의 필러형 스페이서의 측면의 길이(또는 필러형 스페이서가 원형 단면을 갖는 경우 필러형 스페이서의 직경)를 나타내는 값 ds를 표시하고 있으며, 수직축은 2개의 인접한 필러형 스페이서들 사이의 간격을 D라 할 때, 값 y(=D/ds)을 표시하는 도면,
도 18은 본 발명의 실시예 10에 따라 제조된 액정셀의 필러형 스페이서의 다른 예시적인 구성을 나타낸 개략적인 도면,
도 19는 본 발명의 실시예 2에 따른 PALCD 장치를 나타낸 개략 단면도,
도 20a 내지 20c는 본 발명의 실시예 2에 따른 PALCD 장치의 필러형 스페이서와 격벽 사이의 위치 관계를 나타낸 개략적인 평면도,
도 21a 내지 21f는 본 발명에서 적절하게 사용될 수 있는 필러형 스페이서의 단면 형상을 나타낸 개략적인 도면,
도 22a 및 22b는 종래의 LCD 장치를 나타낸 개략적인 도면으로서, 도 22b는 평면도이고, 도 22a는 도 22b의 Z-Z'선의 단면도,
도 23은 종래의 PALCD 장치를 나타낸 개략 단면도,
도 24a 및 24b는 종래의 다른 LCD 장치의 개략적인 도면으로서, 도 24a는 단면도이고, 도 24b는 평면도, 및
도 25a 및 25b는 또 다른 종래의 PALCD 장치의 개략적인 도면으로서, 도 25a는 단면도이고, 도 25b는 평면도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 관해 첨부 도면을 참조하여 설명한다.
본 명세서에서 사용되는 축대칭 배향은, 나선형 배향, 동심원(접선) 배향 및 방사형 배향을 포함하는 액정 분자 배향을 가리킨다. 축대칭 배향의 일례로서, 액정 분자가 한 쪽 기판에서는 나선형으로, 다른 쪽 기판에서는 역방향 나선형으로 배향될 수 있다. 축대칭 배향의 다른 예로서, 둘 이상의 동종 또는 이종의 배향(예컨대, 동심원 배향과 방사형 배향)을 조합하여, 한 쪽 기판의 배향이 다른 쪽 기판의 배향과 직교하도록 할 수 있다. 또 다른 예로서, 액정 분자가 각 미소 영역내에서는 4개의 상이한 방향으로 배향되어 있지만, 거시적으로는 전체 방향으로 배향되어 있는 형태도 가능하다.
화소라는 용어는, 일반적으로 표시의 최소 단위로서 정의된다. 본 명세서에서, 화소 영역이라는 용어는 화소에 해당하는 액정 표시 소자의 일부 영역을 가리킨다. 종횡비(aspect ratio)가 큰 화소(장화소(long pixel)) 또는 화소 영역의 경우, 하나의 장화소 또는 장화소 영역내에 복수의 액정 영역을 형성할 수 있다. 각 화소에 대해 제공되는 화소 영역의 수는, 축대칭 배향이 안정하게 형성될 수 있도록 가능한 한 적은 것이 바람직하다.
(실시형태 1)
도 1a 및 1b는, 본 발명의 1실시형태에 의한 LCD 장치의 구성의 일례를 개략적으로 도시하는 도면이다. 도 1b는 구성예를 도시하는 평면도이고, 도 1a는 도 1b의 X-X' 선에 의한 단면도이다.
상기 LCD 장치는, 한 쌍의 기판, 예컨대 그 사이에 액정층(9)을 삽입한 유리 기판(1)과 유리 기판(2)를 포함한다. 상기 기판(1,2) 주위에는 액정층(9)을 밀봉하기 위해 밀봉재(도시하지 않음)가 제공된다. 상기 기판(1,2) 사이의 액정층(9)의 소정의 위치에는 필러형 스페이서(7)가 제공된다.
상기 액정층(9)에 대향하는 유리 기판(2)의 안쪽 표면에는, 신호 전극(4)(예컨대, ITO의 투명 전극막으로 형성됨)이 스트라이프 패턴으로 제공된다. 폴리이미드 등의 수직 배향층(5a)이 상기 스트라이프 패턴의 신호 전극(4)을 실질적으로 덮도록 상기 기판(2)상에 제공된다.
상기 액정층(9)에 대향하는 유리 기판(1)의 안쪽 표면에는, 칼라 필터(도시하지 않음) 및 블랙 매트릭스(도시하지 않음)가 제공된다. 상기 칼라 필터(도시하지 않음) 및 블랙 매트릭스(도시하지 않음)상에는 (예컨대, ITO 의 투명한 도전막으로부터 이루어지는) 신호 전극(3)이 스트라이프 패턴으로 제공되어, 상기 스트라이프 패턴의 신호 전극(4)과 교차한다. 화소 영역(6)은, 상기 신호 전극(3) 중 하나와 상기 신호 전극(4) 중 하나가 교차하는 영역으로서 정의된다. 각 화소 영역(6)에 대해 하나(또는 그 이상)의 액정 영역(8)이 형성된다. 본 실시예에서는, 각 화소 영역(6)에 대해 하나의 액정 영역(8)이 형성된다. 상기 칼라 필터(도시하지 않음)는 각 화소 영역(6)에 대해 R, G, B 착색부를 포함하고, 상기 블랙 매트릭스(도시하지 않음)는 칼라 필터의 착색부 사이의 간격을 덮도록 제공된다. 상기 액정 영역(8)의 네 모서리에 필러형 스페이서(7)가 제공된다. 상기 기판(1)의 안쪽 표면에, 보다 구체적으로는 필러형 스페이서(7)의 측면 및 필러형 스페이서(7)가 형성되지 않은 상기 전극(3)의 부분에, 폴리이미드 등의 수직 배향층(5b)이 형성된다. 또한, 수직 배향층(5b)은, 상기 필러형 스페이서(7)의 상부 표면(즉, 상기 필러형 스페이서의 상부 표면과 수직 배향층(5a)의 사이)에도 형성될 수 있다.
도 2a∼2d를 참조하여, 본 발명의 LCD 장치의 동작 원리를 설명한다. 도 2a 및 2c는 각각 상기 액정 표시 장치의 단면을 도시하고 있고, 도 2b 및 2d는 각각 상기 장치의 상부 표면을 크로스 니콜(crossed Nicols) 상태의 편광 현미경으로 관찰한 결과를 도시하고 있다. 도 2a 및 2b는 전압이 인가되지 않은 상태를 도시하고 있고, 도 2c 및 2d는 전압이 인가된 상태를 도시하고 있다. 도 2b 또는 2d에서, 1개의 화소 영역은 1개의 액정 영역만을 포함한다. 그러나, 1개의 화소 영역이 2개 또는 그 이상의 액정 영역을 포함할 수도 있다. 도 1a, 1b 및 2a∼2d에서, 동일 요소는 동일 부호를 부기하여 나타내고 있다.
전압이 인가되지 않은 경우, 도 2a에 도시한 바와 같이, 액정 분자(9a)는, 수직 배향층(5a,5b)의 규제력(anchoring force)에 의해, 기판(1,2)에 실질적으로 수직인 방향으로 배향되어 있다. 전압이 인가되지 않은 상태의 액정 영역(8)을 크로스 니콜 상태의 편광 현미경으로 관찰하면, 도 2b에 도시한 바와 같이, 어두운 필드(노멀리 블랙 모드(normally black mode))가 관찰된다.
액정 표시 장치를 통해 전압을 인가하면, 부의 유전 이방성을 갖는 액정 분자(9a)에 힘이 작용하여, 액정 분자의 장축이 전계의 방향에 대해 수직이 된다. 그 결과, 상기 분자(9a)는, 도 2c에 도시한 바와 같이, 기판에 실질적으로 수직인 방향으로부터 기울어지게 된다(그레이 레벨 표시 상태). 이 상태의 액정 영역(8)을 크로스 니콜 상태의 편광 현미경으로 관찰하면, 도 2d에 도시한 바와 같이, 편광축으로부터 45°기울어진 방향을 따라 흡광 패턴(extinction pattern)이 관찰된다.
전압의 인가 직후에는, 대다수의 액정 분자(9a)가 기울어지는 방향이 유일하게 결정되지 않는다. 그 결과, 복수의 액정 도메인(액정 분자(9a)가 디스클리네이션 라인(disclination line)이 없이 연속적으로 배향된 영역)이 존재하는 과도 상태가 발생한다. 각각의 액정 도메인에서는 액정 분자(9a)가 축대칭 배향 중심축을 중심으로 축대칭 배향된다. 전압의 인가를 계속하면, 복수의 액정 도메인이 단일 도메인으로 융합하여, 액정 영역(8)내의 액정 분자(9a)가 단일 축대칭 배향 중심축을 중심으로 축대칭 배향된다. 도 2c는, LCD 장치를 통해 그레이 레벨 표시 전압을 인가한 경우에 축대칭 배향 중심축(11)을 중심으로 축대칭 배향되어 있는 액정 분자(9a)를 도시하고 있다.
(액정 영역을 규정하는 필러형 스페이서)
본 발명의 LCD 장치는 액정 영역(8)의 주위에 제공된 복수의 필러형 스페이서(7)를 포함하고 있다. 필러형 스페이서(7)가 제공되지 않고, 전압 인가시의 액정 분자(9a)의 배향을 규제하는 인자가 존재하지 않을 경우, 액정 분자(9a)가 기울어지는 방향은 유일하게 결정되지 않는다. 그 결과, 액정 도메인(액정 분자(9a)가 디스클리네이션 라인(disclination line)이 없이 연속적으로 배향된 영역)의 위치 또는 크기가 결정되지 않으므로, 랜덤인 배향 상태로 된다. 이러한 경우, LCD 장치의 그레이 레벨 표시가 거칠고 불균일하게 된다.
필러형 스페이서(7)를 제공함으로써, (축대칭 배향을 나타내는) 액정 영역(8)의 위치 및 크기가 규정된다. 필러형 스페이서(7)는 전압 인가시의 액정 분자(9a)의 배향을 규제하기 위해 형성된다. 전압이 인가되면, 필러형 스페이서(7)의 측면에 수직 배향층(5b)이 형성되어 있으므로, 필러형 스페이서(7) 근방의 액정 분자(9a)는, 필러형 스페이서(7)의 측면에 실질적으로 수직인 방향으로 기울어진다. 그 후, 상기 기울어진 액정 분자(9a) 근방의 다른 액정 분자(9a)도 실질적으로 동일한 방향으로 기울어진다. 즉, 액정 분자(9a)는, 인접한 액정 분자(9a)의 디렉터(director)(분자(9a) 장축의 방향)가 가능한 한 연속하도록 배향 상태를 취하는 경향이 있다. 필러형 스페이서(7)(배향 규제 인자)로부터 멀리 떨어진 액정 분자(9a)는 필러형 스페이서(7)의 규제력의 영향을 받기 어렵다.
따라서, 전압의 인가 직후에는 액정 분자(9a)가 기울어지는 방향이 유일하게 결정되지 않으므로, 단일 액정 영역(8)내에서 액정 분자(9a)의 디렉터가 불연속적인 디스클리네이션 라인이 발생한다. 따라서, 복수의 액정 도메인이 존재하는 과도 상태가 발생한다. 전압의 인가를 계속하면, 디스클리네이션 라인 또는 인접한 2개의 액정 도메인 사이의 경계(액정 분자(9a)의 디렉터가 불연속이 되는 점)를 따라 액정 분자(9a)의 배향이 외부 필드(예컨대 전계)에 의해 변화하여, 인접하는 액정 분자(9a)의 디렉터가 보다 연속적인 보다 안정한 배향 상태로 된다. 일정한 주기 동안 전압의 인가를 계속하면, 복수의 액정 도메인이 단일 도메인으로 융합되어, 최종적으로는 액정 영역(8)내의 액정 분자(9a)가 단일 축대칭 배향 중심축(1l)을 중심으로 한 축대칭 배향 상태로 된다.
필러형 스페이서(7)의 단면 형상 및 배치는 전압 인가시의 액정 분자(9a)의 배향에 영향을 미친다. 필러형 스페이서(7)의 단면의 측면 방향은, 전압이 인가되지 않았을 때 액정 분자(9a)가 기판(l,2)에 실질적으로 수직인 방향으로부터 배향되는 방향에 영향을 미친다. 전압이 인가되면, 필러형 스페이서(7) 측면에 수직 배향층(5b)이 형성되어 있으므로, 필러형 스페이서(7) 근방의 액정 분자(9a)는 필러형 스페이서(7)의 측면에 실질적으로 수직인 방향으로 기울어진다. 바람직하게는, 필러형 스페이서(7)의 단면은, 십자형, 직사각형, T자 형, L자 형 등의 직선 형태를 갖는다. 직선 형태 외에, 필러형 스페이서(7)의 단면은 원형이나 타원형 등을 포함할 수 있다.
필러형 스페이서(7)의 배치는, 액정 영역(8)의 위치 및 크기를 규정함과 동시에, 액정 영역(8)내의 액정 분자(9a)가 전압의 인가시 축대칭 배향 상태를 나타내는지의 여부에 영향을 미친다. 액정 영역(8)의 위치 및 크기를 규정하기 위해, 각 화소 영역 주위의 적어도 4개의 위치에 필러형 스페이서(7)가 배치되는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 상기 4개의 위치가 각 화소 영역내에서 점대칭 또는 선대칭 형태로 배치된다(예컨대, 상기 4개의 위치는 각 화소 영역의 4개의 모서리에 해당할 수 있다). 필러형 스페이서(7)의 단면의 한 변이 액정 영역(8)의 네 변 중 어느 하나와 접하도록 배치할 수 있다. 필러형 스페이서(7)의 단면이 곡선 형태인 경우, 곡선의 외접선이 액정 영역(8)의 네 변 중 어느 하나와 실질적으로 일치하도록 필러형 스페이서(7)를 배치할 수 있다. 직사각형의 단면을 갖는 필러형 스페이서(7)를 상기 액정 영역(8)의 네 변 중 어느 하나에 접하도록 배치하여, 직사각형 단면의 긴 변이 액정 영역(8)의 네 변 중 하나와 평행하도록 하는 것이 바람직하다.
(실시예)
이하, 본 발명의 실시예에 관해 설명하지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니다.
(실시예 1)
이하, 도 3을 참조하여, 실시형태 1에 의한 LCD 장치의 제조 방법을 설명한다.
도 3은 상기 LCD 장치의 제조 방법의 각 공정을 도시하는 도면이다.
공정(3a)에서, 유리 기판(1)의 한쪽 면에, 각 화소 영역마다 R, G, B 착색부를 포함하는 칼라 필터(도시하지 않음), 및 상기 착색부 사이의 간격을 덮는 블랙 매트릭스(도시하지 않음)를 형성한다. 상기 칼라 필터 및 블랙 매트릭스상에 신호 전극(3)을 형성한다.
공정(3b)에서, 유리 기판(l)상의 블랙 매트릭스(도시하지 않음)상에 필러형 스페이서(7)를 형성한다. 필러형 스페이서(7)는, 예컨대, 레지스트 등의 감광성 수지를 기판상에 도포한 후, 포토마스크를 통해 감광성 수지를 패터닝하여 형성한다. 따라서, 상기 필러형 스페이서(7)는 1회의 패터닝 공정으로 형성할 수 있다. 이것은, 복수의 패터닝 공정을 포함하는 방법에서 필요한 정밀한 배향의 필요성을 제거하여, 상기 장치의 수율을 향상시키고, 상기 장치의 제조 택트 타임(tact time) 및 제조 비용을 감소시킨다.
공정 3c에서, 상기 필러형 스페이서(7)가 형성된 유리 기판(1)에 수직 배향층(5b)을 형성한다.
공정 3d에서, 다른 유리 기판(2)의 한 쪽 표면에 단일 전극(4)을 형성한다.
공정 3e에서, 상기 단일 기판(4)이 형성된 유리 기판(2)에 수직 배향층(5a)을 형성한다.
공정 3f에서, 상기 유리 기판(1,2)을 서로 접착한다.
공정 3g에서, 상기 유리 기판(1,2) 사이의 공간에 액정을 주입하여 액정층(8)(액정 영역)을 형성한다.
따라서, 상기한 바와 같이 제작된 LCD 장치에서는, 수직 배향막(5a, 5b)으로 인해, 이 수직 배향막(5a, 5b)에 인접하는 액정 분자(9)의 일부가 수직 배향막(5a, 5b)에 실질적으로 수직인 방향으로 배향된다. 액정층(8)의 각 화소 영역마다 각 액정 영역의 모서리에 필러형 스페이서(7)가 배치되어 있으므로, 필러형 스페이서(7)는 축대칭 배향하는 각각의 액정 영역을 규정할 수 있다. 또한, 필러형 스페이서(7)에 의해 액정 셀의 셀 갭(cell gap)을 일정하게 유지할 수 있다. 또한, 필러형 스페이서(7)가 각 화소 영역마다 각 액정 영역의 모서리에 배치되어 있으므로, 필러형 스페이서(7)가 셀에 대한 액정 재료의 주입을 방해하지 않음에 따라, 주입 속도가 저하되지 않는다. 따라서, 크로마토그래프 현상이 발생하기 어렵게 되어, 크로마토그래프 현상으로 인해 발생하는 표시 불균일이 감소하고, 따라서 LCD 장치의 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
(실시예 2)
도 4a 및 4b는 본 발명의 실시예 2에 의한 LCD 장치를 도시하고 있다. 도 4b는 LCD 장치를 도시하는 평면도이고, 도 4a는 도 4b의 Y-Y' 선에 의한 단면도이다.
도 4a 및 4b에 도시한 LCD 장치에서, 각 화소 영역, 즉, 각 액정 영역(8)마다, 기판(1)에 축대칭 배향 고정층(10)이 제공된다. 상기 축대칭 배향 고정층(10)상에는 수직 배향층(5b)이 형성되어 있다.
도 4a를 참조하면, 상기 축대칭 배향 고정층(10)의 두께는, 필러형 스페이서(7)에서의 최대치로부터 서서히 변화하는데, 필러형 스페이서(7)로부터의 거리가 증가함에 따라 감소하여 2개의 인접한 필러형 스페이서(7) 사이의 중심축에서 최소치에 도달한다. 따라서, 축대칭 배향 고정층(10)의 최저부가 각 화소의 중심에 해당한다. 즉, 각 액정 영역(8)의 축대칭 배향의 축이 상기 축대칭 배향 고정층(10)의 최저부에 해당한다.
따라서, 도 4a 및 4b에 도시한 LCD 장치에서, 축대칭 배향의 축의 위치를 축대칭 배향 고정층(10)의 소정의 위치로 제어할 수 있다.
상술한 수동 매트릭스형 LCD 장치에서, 도 1a, 1b, 4a 및 4b에 도시한 바와 같이, 각 화소는, 한 쪽 기판상에 스트라이프 패턴으로 배치된 신호 전극 중 하나와, 다른 쪽 기판상에 스트라이프 패턴으로 배치된 신호 전극 중 하나의 교점으로서 정의된다. 그러나, 본 발명은 이것에 한정되지 않고 액티브 매트릭스형의 LCD 장치에도 적용할 수 있는데, 상기 액티브 매트릭스형의 LCD 장치는, 한 쌍의 기판 중 어느 한 쪽에, 박막 트랜지스터(TFT) 등의 복수의 스위칭 소자, 이 스위칭 소자에 게이트 신호 및 소스 신호를 각각 전송하는 두 종류의 신호 전극, 및 상기 스위칭 소자를 통해 전송되는 신호에 의해 구동되는 매트릭스 형태로 배치된 복수의 화소 전극을 포함한다. 대향 전극이 실질적으로 다른 쪽 기판의 전체 면을 덮도록 형성되어 있다.
이하의 실시예 3 내지 실시예 10에서는, 본 발명의 실시형태 1에 의한 필러형 스페이서의 단면 형상 및 배치에 관해 설명한다.
(실시예 3)
도 3을 참조하면, 유리 기판(1,2)(예컨대, 7059: Corning Inc. 제품)상에 100 nm 정도의 두께를 갖는 투명 전극(3,4)을 형성한다. ITO 막(3)상에 JCR BLACK 535 (Japan Synthetic Rubber Co., Ltd. 제품)를 스핀코트법에 의해 4.5㎛ 정도의 두께가 되도록 도포하여, 열판상에서 80 ℃ 정도로 5분간 가열한다. 그 결과 얻어진 구조물을 마스크를 사용하여 약 40초간 콘택트 노출(contect exposure)시킨다. 본 실시예에서 사용되는 마스크는, 각 액정 영역(약 100㎛ × 약 100㎛ 의 크기)의 네 모서리, 및 액정 영역의 각 변을 실질적으로 2등분하는 점에 (각각 약 25㎛×25㎛의 단면을 갖는) 필러형 스페이서(7)를 형성하는 것과 같은 것이다. 상기 노출 공정시의 조도는 약 365 nm 에서 10 mW/cm2정도이다. 상기 노출된 구조체를 전용 현상액(예컨대, CD-200CR(약 50배 희석, 약 25 ℃)으로 약 60초간 현상하여, 순수한 워터 샤워(pure water shower)로 약 60초간 헹군 후, 220 ℃ 정도의 순환 오븐에서 약 30분간 포스트 베이크하여 필러형 스페이서(7)를 형성한다.
ITO 막이 형성된 각 기판의 측면에 수직 배향막 (예컨대, JALS-204: Japan Synthetic Rubber Co., Ltd. 제품)을 80 nm 정도의 두께로 도포한 후, 약 180 ℃ 에서 1시간 정도 포스트 베이크하여, 배향막층(5a, 5b)을 형성한다. 그 후, 기판(1,2)을 밀봉제를 통해 상호 접착하여 액정 셀을 제조한다.
부의 유전 이방성을 갖는 액정 재료(Δε = 약 -4.0, Δn = 약 0.08, 4.5 ㎛ 정도의 셀 갭내에서 90°정도 트위스트 되도록 카이랄(chiral)제를 첨가)를 제조된 액정 셀에 주입한다. 그 결과 형성된 구조체를 크로스 니콜 상태의 편광 현미경으로 관찰하면, 기판(1,2) 사이에 전압을 인가했을 때, 도 6에 도시한 바와 같이 액정 영역의 중앙으로부터 각 측면으로 연장되어 있는 흡광 패턴이 관찰된다. 따라서, 액정 분자가 축대칭 형태로 배향된다.
(실시예 4)
실시예 3에서와 같이, 유리 기판상에 JCR BLACK 535 (Japan Synthetic Rubber Co., Ltd. 제품)를 6 ㎛ 정도의 두께가 되도록 스핀 코우트하여, 열판상에서 80 ℃ 정도로 약 5분간 가열한다. 그 결과 형성된 구조체를, 실시예 3에서와 같이, 마스크를 사용하여 노출, 현상 및 베이크 처리를 한다. 본 실시예에 사용된 마스크는, 도 7 및 도 8에 도시한 바와 같이, 각 액정 영역(약 100 ㎛ × 100 ㎛ 의 크기)의 네 모서리와, 액정 영역의 각 변을 실질적으로 2등분하는 점 및/또는 액정 영역의 각 변을 실질적으로 3등분하는 점에 필러형 스페이서가 제공되는 것과 같은 것이다. 실시예 3에서와 같이 그 후의 공정을 행하여, 필러형 스페이서(7)를 형성한다. 그 결과 형성된 구조체를 크로스 니콜 상태의 편광 현미경으로 관찰하면, 기판(1,2) 사이에 전압을 인가했을 때, 도 9 및 도 10에 도시한 바와 같이 액정 영역의 중앙으로부터 각 측면으로 연장되어 있는 흡광 패턴이 관찰된다. 따라서, 액정 분자가 축대칭 형태로 배향된다.
(실시예 5)
실시예 3에서와 같이, 유리 기판상에 JCR BLACK 535 (Japan Synthetic Rubber Co., Ltd. 제품)를 6 ㎛ 정도의 두께가 되도록 스핀 코우트하여, 열판상에서 80 ℃ 정도로 약 5분간 가열한다. 그 결과 형성된 구조체를, 실시예 3에서와 같이, 마스크를 사용하여 노출, 현상 및 베이크 처리를 행한다. 본 실시예에 사용된 마스크는, 도 11에 도시한 바와 같이, 각 액정 영역(40)(약 100 ㎛ × 100 ㎛ 의 크기)의 모서리에는 필러형 스페이서(7)를 제공하지 않고, 상기 각 액정 영역의 각 변을 따라 필러형 스페이서가 제공되는 것과 같은 것이다. 실시예 3에서와 같이 그 후의 공정을 행하여, 필러형 스페이서(7)를 형성한다. 그 결과 형성된 구조체를 크로스 니콜 상태의 편광 현미경으로 관찰하면, 기판(1,2) 사이에 전압을 인가했을 때, 도 12에 도시한 바와 같이 액정 영역(40)의 중앙으로부터 각 측면으로 연장되어 있는 흡광 패턴이 관찰된다. 따라서, 액정 분자가 축대칭 형태로 배향된다.
(실시예 6)
유리 기판(1)(예컨대, 7059: Corning Inc. 제품)상에 ITO로 이루어지는 두께100 nm 정도의 투명 신호 전극(3)을 형성한다. 이 투명 신호 전극(3)상에 V259-PA(Nippon Chemical Steel Co., Ltd. 제품)를 5 ㎛ 정도의 두께가 되도록 스핀 코트법에 의해 도포하여 열판상에서 100 ℃ 정도로 약 3분간 가열한 후, 순환 오븐에서 80 ℃ 정도로 약 10분간 더 가열한다. 그 결과 생성된 구조체를 마스크를 사용하여 약 120초간 콘택트 노출한다. 본 실시예에 사용된 마스크는, 각 액정 영역(40)(약 100 ㎛ × 100 ㎛ 의 크기)의 네 모서리와, 액정 영역의 각 변을 실질적으로 2등분하는 점에 필러형 스페이서가 제공되는 것과 같은 것이다. 도 13에 도시한 바와 같이, 본 실시예의 각 필러형 스페이서(7)의 길이는 a이다. 보다 구체적으로는, 모서리에 위치한 2개의 필러형 스페이서(7)의 중간에 위치한 필러형 스페이서(7)는, 액정 영역(40)의 인접한 변의 길이에 대해 수직인 방향의 길이가 a이고, 액정 영역(40)의 모서리에 위치한 필러형 스페이서(7)는, 액정 영역(40)의 2개의 인접한 변에 각각 수직인 방향의 길이가 a가 된다.
노출 공정시의 조도는 약 365 nm에서 10 mW/cm2정도이다. 상기 노출시킨 구조체를 0.4%-K2CO3.aq 로 약 150초간 현상하여, 순수 샤워(pure water shower)에서 약 120초간 헹군 후, 240 ℃ 정도의 순환 오븐에서 1시간 정도 포스트 베이크 처리를 하여 필러형 스페이서(7)를 형성한다. 수직 배향막(예컨대, JALS-204: JSR 사 제품)을, ITO 막이 80 nm 정도의 두께로 형성된 각 기판의 측면에 도포한 후, 약 180 ℃에서 1시간 정도 포스트 베이크 처리를 하여, 배향막층(5a)을 형성한다.
ITO로 이루어지는 투명 신호 전극(4)이 100 nm 정도의 두께로 형성된 기판(2)의 측면에도 수직 배향막(예컨대, JALS-204: JSR 사 제품)을 도포하여, 배향막층(5B)을 형성한다. 그 후, 기판(1,2)을 밀봉제를 통해 상호 접착시켜, 액정 셀을 제조한다.
부의 유전 이방성을 갖는 액정 재료(Δε = 약 -4.0, Δn = 약 0.08, 5 ㎛ 정도의 셀 갭내에서 90°정도 트위스트 되도록 카이랄제를 첨가)를 제조된 액정 셀에 주입한다. 그 결과 형성된 구조체를 크로스 니콜 상태의 편광 현미경으로 관찰한다.
길이 a가 블랙 매트릭스의 선폭(b)보다 크면, 필러형 스페이서(7)가 블랙 매트릭스를 지나 액정 영역(40)까지 도달하여, 장치의 개구율(aperture ratio)을 저하시킨다. 길이 a가 충분히 큰 경우에는, 전압의 인가시 각 액정 영역내에서 액정 분자가 축대칭 형태로 배향한다. 그러나, 길이 a가 5 ㎛ 미만인 경우에는, 전압의 인가시 축대칭 배향이 얻어지지 않는다.
본 실시예에서, 필러형 스페이서의 단면이 완전한 사각형일 필요는 없다. 예컨대, 상기 단면이 둥근 모서리를 갖는 사각형이어도 무방하다. 이것은, 본 발명의 실시예에서 예시하는 모든 단면에 적용된다. 따라서, 포토리소그라피 공정에서의 가공 정밀도의 불충분 등으로 인해 단면이 다소 변형되더라도 본 발명의 효과는 달성될 수 있다.
(실시예 7)
유리 기판(1)(예컨대, 7059: 코닝사 제품)상에 ITO로 이루어지는 두께100 nm 정도의 투명 신호 전극(3)을 형성한다. 이 투명 신호 전극(3)상에 V259-PA(Nippon Chemical Steel Co., Ltd. 제품)를 5 ㎛ 정도의 두께가 되도록 스핀 코트법에 의해 도포하여 열판상에서 100 ℃ 정도로 약 3분간 가열한 후, 순환 오븐에서 80 ℃ 정도로 약 10분간 더 가열한다. 그 결과 생성된 구조체를, 실시예 6에서와 같이, 마스크를 사용하여 노출, 현상 및 베이크 처리를 한다. 본 실시예에 사용된 마스크는, 도 14에 도시한 바와 같이, 각 액정 영역(40)(약 100 ㎛ × 100 ㎛ 의 크기)의 네 모서리와, 액정 영역의 각 변을 실질적으로 2등분하는 점에 지름이 c인 원형 필러형 스페이서(7)가 제공되도록 한 것과 같은 것이다. 그 후의 공정을 실시예 6에서와 같이 실행하여 필러형 스페이서(7)를 형성한다. 그 후, 유리 기판(1,2)을 상호 접착시켜, 액정 셀을 제조한다.
부의 유전 이방성을 갖는 액정 재료(Δε = 약 -4.0, Δn = 약 0.08, 5 ㎛ 정도의 셀 갭내에서 90°정도 트위스트 되도록 카이랄제를 첨가)를 제조된 액정 셀에 주입한다. 그 결과 형성된 구조체를 크로스 니콜 상태의 편광 현미경으로 관찰한다.
상기 원형 필러형 스페이서(7)의 지름 c 가 블랙 매트릭스의 선폭 b 보다 크면(즉, c b), 필러형 스페이서(7)가 블랙 매트릭스를 지나 연장되어, 장치의 개구율을 저하시킨다. 즉, 각 화소 영역(40)에 대해 필러형 스페이서(7)의 경계가 되는 사각형은, 화소 영역(40)을 둘러싸며 인접한 화소 영역에 의해 규정되는 영역에 들어맞는 사각형과 같은 크기를 갖는다. 지름 c 가 충분히 큰 경우에는, 전압의 인가시 각 액정 영역내에서 액정 분자가 축대칭 형태로 배향한다. 그러나, 지름 c 가 5 ㎛ 미만인 경우에는, 전압의 인가시 축대칭 배향이 얻어지지 않는다.
(실시예 8)
유리 기판(1)(예컨대, 7059: Cornign Inc. 제품)상에 ITO로 이루어지는 두께100 nm 정도의 투명 신호 전극(3)을 형성한다. 이 투명 신호 전극(3)상에 V259-PA (Nippon Chemical Steel Co., Ltd. 제품)를 5 ㎛ 정도의 두께가 되도록 스핀 코트법에 의해 도포하여 열판상에서 100 ℃ 정도fg 약 3분간 가열한 후, 순환 오븐에서 80 ℃ 정도로 약 10분간 더 가열한다. 그 결과 생성된 구조체를, 실시예 6에서와 같이, 마스크를 사용하여 노출, 현상 및 베이크 처리를 행한다. 본 실시예에 사용된 마스크는, 도 15에 도시한 바와 같이, 각 액정 영역(40)(약 100 ㎛ × 100 ㎛ 의 크기)의 네 모서리에 사각형의 필러형 스페이서(7)가 제공되고, 액정 영역의 각 변을 실질적으로 2등분하는 점에 반지름이 e 인 반원형의 필러형 스페이서(7)가 제공되도록 한 것과 같은 것이다. 그 후의 공정을 실시예 6에서와 같이 실행하여 필러형 스페이서(7)를 형성한다. 그 후, 유리 기판(1,2)을 상호 접착시켜, 액정 셀을 제조한다.
부의 유전 이방성을 갖는 액정 재료(Δε = 약 -4.0, Δn = 약 0.08, 5 ㎛ 정도의 셀 갭내에서 90°정도 트위스트 되도록 카이랄제를 첨가)를 제조된 액정 셀에 주입한다. 그 결과 형성된 구조체를 크로스 니콜 상태의 편광 현미경으로 관찰한다.
상기 원형 필러형 스페이서(7)의 반지름 e 가 블랙 매트릭스의 선폭 b 보다 크면(즉, e b), 필러형 스페이서(7)가 블랙 매트릭스를 지나 연장되어, 장치의 개구율을 저하시킨다. 반지름 e 가 충분히 큰 경우에는, 전압의 인가시 각 액정 영역내에서 액정 분자가 축대칭 형태로 배향한다. 그러나, 반지름 e 가 5 ㎛ 미만인 경우에는, 전압의 인가시 축대칭 배향이 얻어지지 않는다.
(실시예 9)
유리 기판(1)(예컨대, 7059: Cornign Inc. 제품)상에 ITO로 이루어지는 두께 100 nm 정도의 투명 신호 전극(3)을 형성한다. 이 투명 신호 전극(3)상에 JNPC-43 (Japan Synthetic Rubber Co., Ltd. 제품)을 5 ㎛ 정도의 두께가 되도록 스핀 코트법에 의해 도포하여 열판상에서 80 ℃ 정도로 약 3분간 가열한다. 그 결과 생성된 구조체를 마스크를 사용하여 약 60초간 콘택트 노출한다. 본 실시예에 사용된 마스크는, 도 16a 및 16b에 도시한 바와 같이, 각 액정 영역(40)(약 100 ㎛ × 100 ㎛ 의 크기)의 네 모서리와, 액정 영역(40)의 각 변을 실질적으로 2등분하는 점에 사각형 또는 원형의 필러형 스페이서가 제공되는 것과 같은 것이다. 본 실시예에서 사용된 마스크는, 이하의 표 1에 나타낸 바와 같이, 값 ds (상기 필러형 스페이서(7)의 측면 또는 지름의 길이)와 값 D (2개의 인접한 필러형 스페이서(7) 사이의 간격)의 조합 중 어느 하나를 가질 수 있다. 노출 공정시의 조도는 약 365 nm에서 10 mW/cm2정도이다. 상기 노출된 구조체를 현상액(CD)(약 15 % 희석액, 약 25 ℃)으로 약 150초간 현상하여, 순수 샤워에서 약 120초간 헹군 후, 200 ℃ 정도의 순환 오븐에서 1시간 정도 포스트 베이크 처리를 하여 필러형 스페이서(7)를 형성한다.
수직 배향막(예컨대, JALS-204: Japan Synthetic Rubber Co., Ltd. 제품)을, 기판의 측면상에 80 nm 정도의 두께로 도포한 후, 약 180 ℃에서 1시간 정도 포스트 베이크 처리를 하여, 배향막층(5a)을 형성한다.
ITO로 이루어지는 투명 신호 전극(4)이 100 nm 정도의 두께로 형성된 기판(2)의 측면에도 수직 배향막(예컨대, JALS-204: JSR 사 제품)을 도포하여, 배향막층(5B)을 형성한다. 그 후, 기판(1,2)을 밀봉제를 통해 상호 접착시켜, 액정 셀을 제조한다.
부의 유전 이방성을 갖는 액정 재료(Δε = 약 -4.0, Δn = 약 0.08, 5 ㎛ 정도의 셀 갭내에서 90°정도 트위스트 되도록 카이랄제를 첨가)를 제조된 액정 셀에 주입한다. 그 결과 형성된 구조체를 크로스 니콜 상태의 편광 현미경으로 관찰한다.
표 1
스페이서의 각 변 또는 지름의 길이 (ds), 스페이서 간격 (D) 및 y (= D/ds)
액정층을 통해 전압이 인가되었을 때, 상기 제조된 각 액정 셀을 크로스 니콜 상태의 편광 현미경으로 관찰하면, (액정 분자의 양호한 축대칭 배향을 나타내는 것으로부터 불완전한 축대칭 배향을 나타내는 것에 이르기까지) 여러 가지 액정 셀이 존재함을 알 수 있다.
상기 셀의 약 300개의 화소 중 양호한 축대칭 배향을 나타내는 화소의 수를 판정함으로써, 제조된 각 액정 셀을 평가할 수 있는데, 제조된 액정 셀은 3개의 그룹으로 분류되며, 도 17에서 각각의 기호로 표시된다: ○ (약 90 % 이상의 화소가 양호한 축대칭 배향을 나타내고, 그레이 레벨 표시의 거칠음이나 불균일이 거의 관찰되지 않는 양호한 액정 셀; △ (약 70 % 내지 90 %의 화소가 양호한 축대칭 배향을 나타내고, 그레이 레벨 표시의 거칠음이나 불균일이 약간 관찰되는 그레이 영역(grey-zone) 액정 셀; 이 그레이 영역 액정 셀은 어떤 애플리케이션에는 유용하지만, 다른 애플리케이션에는 이용 불가능하다); 및 □ (약 70 % 미만의 화소가 양호한 축대칭 배향을 나타내는 이용 불가능한 액정 셀).
도 17에서, 수평축은, 필러형 스페이서(7)가 사각형의 단면(도 16a)을 갖는 경우의 필러형 스페이서(7)의 한 변, 또는 필러형 스페이서(7)가 원형 단면을 갖는 경우의 필러형 스페이서(7)의 지름의 길이를 나타내는 값 ds 를 나타낸다. 수직 축은 값 y (= D/ds)를 나타내며, 여기서 D는 2개의 인접한 필러형 스페이서(7) 사이의 간격을 나타낸다. 도 17을 바탕으로, 양호한 축대칭 배향을 나타내는 화소의 비율이 만족스럽고, 따라서 LCD 장치에 실제로 유용한 액정 셀을 얻기 위해, 상기 파라미터 y의 범위는:
0.1 ≤ y ≤ 4.49e-0.0607ds+1.5
보다 바람직하게는:
0.5 ≤ y ≤ 4.49e-0.0607ds+1.1
이 되어야 한다.
(실시예 l0)
유리 기판(1)(예컨대, 7059: Cornign Inc. 제품)상에 ITO로 이루어지는 두께 100nm 정도의 투명 신호 전극(3)을 형성한다. 이 투명 신호 전극(3)상에 JNPC-43 (Japan Synthetic Rubber Co., Ltd. 제품)을 5 ㎛ 정도의 두께가 되도록 스핀 코트법에 의해 도포하여 열판상에서 80 ℃ 정도로 약 3분간 가열한다. 그 결과 생성된 구조체를 마스크를 사용하여 약 40초간 콘택트 노출한다. 본 실시예에 사용된 마스크는, 도 18에 도시한 바와 같이, 각 액정 영역(40)의 네 변을 따라 사각형의 필러형 스페이서가 제공된 것과 같은 것이다. 도 18을 참조하면, 4개의 필러형 스페이서(7) 중 대향하는 2개의 필러형 스페이서(7)의 길이는, 그 필러형 스페이서(7)가 인접한 액정 영역(40)의 한 변에 각각 수직 및 평행한 길이를 따라, a 및 b 가 된다. 예컨대, 액정 영역(40)의 한 변의 길이 d 가 100 ㎛ 정도이면, 2개의 인접한 액정 영역 사이의 간격 c (블랙 매트릭스의 폭에 해당함)는 20 ㎛ 정도가 된다. 노출 공정시의 조도는 약 365 nm에서 10 mW/cm2정도이다. 상기 노출된 구조체를 현상액(CD)(약 15 % 희석액, 약 25 ℃)으로 약 150초간 현상하여, 순수 샤워에서 약 120초간 헹군 후, 200 ℃ 정도의 순환 오븐에서 1시간 정도 포스트 베이크 처리하여 필러형 스페이서(7)를 형성한다. a c 인 경우, 상기 필러형 스페이서(7)는 액정 영역으로 침투하여 개구율을 저하시킨다.
수직 배향막(예컨대, JALS-204: JSR 사 제품)을, 기판의 측면상에 80 nm 정도의 두께로 도포한 후, 약 180 ℃에서 1시간 정도 포스트 베이크 처리하여, 배향막층(5a)을 형성한다.
ITO로 이루어지는 투명 신호 전극(4)이 100 nm 정도의 두께로 형성된 기판(2)의 측면에도 수직 배향막(예컨대, JALS-204: Japan Synthetic Rubber Co., Ltd. 제품)을 도포하여, 배향막층(5B)을 형성한다. 그 후, 기판(1,2)을 밀봉제를 통해 상호 접착시켜, 액정 셀을 제조한다.
부의 유전 이방성을 갖는 액정 재료(Δε = 약 -4.0, Δn = 약 0.08, 5 ㎛ 정도의 셀 갭내에서 90°정도 트위스트 되도록 카이랄제를 첨가)를 제조된 액정 셀에 주입한다. 그 결과 형성된 구조체를 크로스 니콜 상태의 편광 현미경으로 관찰한다.
상기 셀의 약 300개의 화소 중 양호한 축대칭 배향을 나타내는 화소의 수(축대칭율)를 판정함으로써, 제조된 각 액정 셀을 평가할 수 있다.
표 2
b의 길이와 주입 시간 및 축대칭율 사이의 관계
표 2에서, 기호 ×는, 액정 재료를 주입할 수 없거나, 액정 재료가 주입되지 않았으므로 축대칭 배향을 형성할 수 없음을 나타낸다. 표 2는, 값 b (필러형 스페이서가 인접하는 액정 영역의 한 변에 평행한 방향으로의 필러형 스페이서(7)의 길이)가 길수록 축대칭율이 증가하여, 표시 균일성이 양호한 LCD 장치를 제작할 수 있음을 나타낸다. 그러나, 길이 b 가 액정 영역의 한 변의 길이 d 와 실질적으로 같으면, 액정 재료를 액정 셀에 주입할 수 없으므로, LCD 장치를 제작할 수 없다. 따라서, b/d의 값이 99 %를 넘지 않는 것이 바람직하다.
길이 b가 소정의 값 이하로 감소하면, 축대칭율이 감소하기 시작한다. 이것은, 모든 액정 영역에 대해 축대칭 배향이 형성되면 큰 문제를 초래하지는 않는다. 그러나, 상기 비율이 낮아짐에 따라, 그레이 레벨 표시의 형성시 거칠음 및 불균일이 보다 많이 관찰된다. 상기 비율이 약 70 % 미만인 경우, 상기 LCD 장치는 실제로 사용하기에 적합하지 않다. 따라서, b/d 의 값이 20 % 정도보다 큰 것이 바람직하다. 축대칭율이 90%를 넘으면, 그레이 레벨의 형성시에도 거칠음 및 불균일이 거의 관찰되지 않는다. 주입 시간이 지나치게 길면, 제조 택트 타임과 관련하여 문제가 발생한다. 따라서, b/d 의 값이 약 40% ∼ 90% 인 것이 더욱 바람직하다.
(실시형태 2)
실시형태 2에서는, 본 발명에 의한 PALCD 장치에 관해 설명한다.
도 l9는, 본 발명의 실시형태 2에 의한 PALCD 장치를 개략적으로 도시하는 단면도이다.
상기 PALCD 장치는, 투명 유리 등으로 이루어진 기판(28), 및 액정층(29)을 사이에 삽입한 플라즈마 발생 기판(22)을 포함한다. 상기 플라즈마 발생 기판(22)은 서로 대향하는 유전체 시트(23)와 기판(24)을 포함한다. 상기 플라즈마 발생 기판(22)의 유전체 시트(23)와 기판(24) 사이에 스트라이프 패턴의 격벽(27)이 제공된다. 상기 격벽(27)과 기판(24) 및 유전체 시트(23)는, 방전에 의해 이온화되는 가스를 각각 포함하는 스트라이프 패턴의 방전 채널(25)을 규정한다. 각 방전 채널(25)은, 이온화 가스를 이온화하기 위한 애노드 전극(A) 및 캐소드 전극(K)을 포함한다.
상기 액정층(29)과 대향하고 있는 기판(28)의 한 측면상에는, 실시형태 1에서와 같은 구조를 갖는 칼라 필터(33)가 제공된다. 상기 스트라이프 패턴의 채널(25)과 예컨대 수직으로 교차하도록, 데이터 라인으로서 작용하는 스트라이프 패턴의 투명 전극(30)이 제공된다. 상기 기판(28)과 유전체 시트 사이에는 액정층(29)이 삽입되어 있고, 상기 기판(28)과 유전체 시트(23) 사이의 셀 갭은 복수의 필러형 스페이서(37)에 의해 일정하게 유지된다. 액정층(29)에는, 필러형 스페이서(37)에 의해 규정되는 복수의 액정 영역(26)이 형성되어 있다. 액정층(29)과 대향하고 있는 기판(28) 및 유전체 시트(23) 각각의 표면에는 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 디스플레이 셀(21)은, 기판(28), 칼라 필터(33), 투명 전극(30) 및 액정층(29)을 포함한다.
상기 LCD 장치의 한 쪽(도면에서는 상부 측)에는 편광판(도시하지 않음)이 제공된다. 상기 LCD 장치의 다른 쪽에는 다른 편광판(도시하지 않음) 및 백 라이트(도시하지 않음)가 제공된다.
상기 LCD 장치는, 도 1a 및 1b에 도시한 실시 형태 1의 LCD 장치의 제조 방법과 대체로 동일하다. 그러나, 본 실시형태 2에서는, 도 3의 공정(3d)의 유리 기판(2) 대신에, 도 19에 도시한 바와 같은 플라즈마 발생 기판(22)이 사용된다. 상기 플라즈마 발생 기판(22)은, 공지의 방법에 의해 제작될 수 있다.
상기한 바와 같이 제작된 LCD 장치에서, 액정층(29)의 각 화소 영역마다 각 액정 영역(26)의 모서리에 필러형 스페이서(37)가 배치되어 있으므로, 이 필러형 스페이서(37)에 의해, 액정 분자가 축대칭 배향하는 각각의 액정 영역(26)을 규정할 수 있다. 상기 필러형 스페이서(37)는 액정 셀의 셀 갭을 유지하는 기능도 수행한다. 또한, 각 화소 영역마다 각 액정 영역(26)의 모서리에 필러형 스페이서(37)가 배치되어 있으므로, 필러형 스페이서(37)가 셀에 대한 액정 재료의 주입을 방해하지 않으므로 주입 속도가 저하되지 않는다. 따라서, 크로마토그래프 현상이 발생하기 어렵게 되어, 크로마토그래프 현상으로 인해 발생하는 표시 불균일을 감소시키므로, LCD 장치의 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
상기 기판(28) 및 유전체 시트(23) 중 적어도 한 쪽에 실시형태 1에서와 같은 축대칭 배향 고정층을 형성한 경우에는, (액정 분자가 축대칭 배향 고정층에의해 축대칭 배향하고 있는) 각 액정 영역의 축의 위치를 소정의 위치에 일치시킬 수 있으므로, 안정한 축대칭 배향을 얻을 수 있다.
필러형 스페이서(37)는, 도 20a∼20c에 도시한 바와 같이, 대체로 칼라 필터(33)의 블랙 매트릭스내에 위치하도록 (또는, 블랙 매트릭스를 지나 연장되어 있는 부분이 가능한 한 작도록) 배치하는 것이 바람직하다. 필러형 스페이서(37)와 블랙 매트릭스의 위치를 일직선으로 하는 것이 광투과성을 향상시키고, LCD 장치의 표시 영역을 증가시킨다는 측면에서 바람직하다.
실시형태 2에 의하면, 상기 액정층(29)과 대향하고 있는 유전체 시트 및 기판(28) 각각의 표면에 수직 배향층이 제공된다. 따라서, 부의 유전 이방성을 갖는 액정 재료를 사용하면, 전압이 인가되지 않은 경우에는 액정 분자가 기판의 표면에 실질적으로 수직으로 배향되고, 전압이 인가된 경우에는 액정 분자가 각 액정 영역내에서 축대칭 배향될 수 있다. 따라서, 각 액정 영역내에서 액정 분자가 축대칭 배향되어 있는 양호한 시각 특성을 갖는 높은 콘트라스트의 표시를 실현할 수 있다.
또한, 각각의 편광축이 서로 직교하도록 편광판이 배치되어 있고, 액정 분자는 전압이 인가되지 않은 상태에서 기판의 표면에 실질적으로 수직으로 배향되어 있다. 따라서, 편광판 중 하나를 통해 액정 패널에 입사한 빛은 액정 패널을 투과하지 않고, 고품질의 흑표시(black display)를 형성하므로, 높은 콘트라스트를 얻을 수 있다.
실시형태 1 또는 2에 의한 필러형 스페이서의 단면으로서는 도 21a에 도시한 바와 같이 십자형을 사용하고 있지만, 본 발명의 필러형 스페이서의 단면은 어떤 형상이더라도 무방하다. 예컨대, 본 발명에 사용되는 필러형 스페이서의 가능한 다른 단면 형상으로서는, 도 21b∼21f에 각각 도시한 바와 같이, 사각형, T자 형, L자 형, 원형 및 타원형 등이 가능하다. 또한, 본 발명의 실시예 3∼10에서 예시한 필러형 스페이서의 단면 형상이나 배치를 본 발명의 실시형태 2에도 적용할 수 있음을 알 수 있다.
상술한 바와 같이, 필러형 스페이서가 각 화소 영역에 부분적으로만 제공되어 있으므로, 필러형 스페이서가 셀에 대한 액정 재료의 주입을 방해하지 않고, 따라서 주입 속도가 저하되지 않는다. 따라서, 크로마토그래프 현상이 발생하기 어렵게 되어, 크로마토그래프 현상으로 인해 발생하는 표시 불균일을 감소시킬 수 있고, 따라서 LCD 장치의 표시 품질을 향상시킬 수 있다.
수직 배향층의 존재로 인해, 이 수직 배향층과 접하는 액정 분자를 수직 배향층에 실질적으로 수직으로 배향시킬 수 있다. 바람직하게는 각 화소 영역 주위의 적어도 4개의 위치에 필러형 스페이서가 배치되어 있으므로, 필러형 스페이서에 의해, 액정 분자가 축대칭 배향하는 각각의 액정 영역을 규정할 수 있다. 필러형 스페이서는 액정 셀의 셀 갭을 유지하는 기능도 수행한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 각 화소 영역내에서 액정 분자가 축대칭 배향하는 양호한 시각 특성을 갖는 높은 콘트라스트의 표시를 제공할 수 있다. 따라서, 본 발명의 LCD 장치는, 퍼스널 컴퓨터, 워드 프로세서, 오락기, TV 세트 등의 평면 디스플레이나, 셔터 효과(shutter effect)를 이용한 표시판(display plate), 창문, 문, 벽 등에 적합하게 사용될 수 있다. 또한, 본 발명의 LCD 장치는, 고화질 TV (예컨대, HDTV), CAD 애플리케이션용 평면 디스플레이 등에 사용하는 대형 평면 표시 장치에도 적용할 수 있다.
발명의 상세한 설명의 항에 기술된 구체적인 실시형태 또는 실시예는 어디까지나 본 발명의 기술 내용을 개시한 것으로서, 그와 같은 구체예에만 한정하여 협의로 해석되는 것이 아니라, 본 발명의 정신과 다음에 기재하는 특허청구의 범위내에서 여러가지로 변경하여 실시할 수 있다.
Claims (22)
- 제 1 및 제 2 기판;상기 제 1 및 제 2 기판 사이에 삽입된 액정층;상기 제 1 및 제 2 기판 사이의 간격을 규정하기 위한 복수의 필러형 스페이서(pillar-like spacer);상기 제 1 기판 및 제 2 기판의 액정층을 향한 각 측면에 제공되어, 상기 액정층을 통해 전압을 인가하기 위한 복수의 전극; 및상기 복수의 전극에 의해 규정되는 복수의 화소 영역을 포함하며,상기 액정층은 부(negative)의 유전 이방성을 갖는 액정 분자를 가지며;상기 제 1 및 제 2 기판의 액정층을 향한 표면 및 상기 필러형 스페이서의 표면에 수직 배향층이 제공되고;상기 액정층은 상기 복수의 필러형 스페이서에 의해 규정되는 복수의 액정 영역을 포함하고;상기 각각의 화소 영역은 상기 액정 영역들중 적어도 1개를 포함하며;상기 액정 영역내의 액정 분자는 전압 무인가시에는 상기 제 1 및 제 2 기판의 표면에 대하여 대략 수직으로 배향되고 전압 인가시에는 축대칭으로 배향되는 액정 표시 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2 기판의 액정층을 향한 표면들에 제공된 적어도 하나의 수직 배향층들상에 고분자 재료로 된 축대칭 배향 고정층이 제공되는 액정 표시 장치.
- 제 2 항에 있어서, 상기 필러형 스페이서가 상기 화소 영역들 각각의 주위에 적어도 4개의 위치에 제공되어 있는 액정 표시 장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 필러형 스페이서는 상기 화소 영역내에 적어도 하나의 점대칭 및 선대칭으로 배열되어 있는 액정 표시 장치.
- 제 3 항에 있어서, 상기 필러형 스페이서는 상기 화소 영역 각각의 4개의 코너 또는 4개의 측면과 각각 접촉되도록 배열되어 있는 액정 표시 장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 필러형 스페이서의 상기 제 1 및 제 2 기판의 표면에 대해 평행한 평면을 따른 방향에서의 단면이 직사각형, 둥글려진 코너를 가진 직사각형, 십자형, T자형, L자형, 원형, 및 타원형으로 된 그룹에서 선택되는 액정 표시 장치.
- 제 5 항에 있어서, 상기 필러형 스페이서는 상기 화소 영역 각각의 코너, 및 각 측면을 따라 적어도 2개의 동일하게 분할된 위치들에 제공되는 액정 표시 장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 필러형 스페이서의 상기 제 1 및 제 2 기판의 표면에 대해 평행한 평면을 따른 방향에서의 단면이 직사각형, 둥글려진 코너를 가진 직사각형, 원형 및 반원형으로 된 그룹에서 선택되고;상기 각 화소 영역의 필러형 스페이서와 외접하고 있는 직사각형은 상기 화소 영역에 인접하여 그 화소 영역을 둘러싸고 있는 화소 영역들에 의해 규정된 영역내에 끼워질 수 있는 사이즈로 되어 있으며;상기 필러형 스페이서 각각의 짧은 쪽의 1변 또는 직경이 약 5μm 이상으로 된 액정 표시 장치.
- 제 7 항에 있어서, 상기 2개의 인접한 필러형 스페이서들 사이의 간격을 D, 상기 필러형 스페이서가 직사각형 단면을 갖는 경우에는 그 스페이서의 직사각형 단면의 짧은 쪽의 길이, 또는 상기 필러형 스페이서가 원형 단면을 갖는 경우에는 그 스페이서의 원형 단면의 직경을 ds라 하고, y= D/ds 일때;0.1≤y≤ 4.49e-0.0607ds+1.5의 관계가 성립되는 액정 표시 장치.
- 제 1 항에 있어서, 상기 필러형 스페이서는 상기 화소 영역의 코너를 제외한 각 위치들에서 각각의 화소 영역의 4개의 측면들과 접촉되어 배치되는 액정 표시 장치.
- 제 10 항에 있어서, 상기 필러형 스페이서의 상기 제 1 및 제 2 기판의 표면에 대해 평행한 평면을 따른 방향에서의 단면이 직사각형 및 둥글려진 코너를 가진 직사각형으로 된 그룹에서 선택되고;상기 필러형 스페이서와 접촉되어 있는 화소 영역의 측면에 대해 수직한 상기 필러형 스페이서의 각 측면은 약 5μm 이상이고 2개의 인접한 화소 영역들 사이의 간격보다 짧으며;상기 필러형 스페이서와 접촉되어 있는 화소 영역의 측면에 대해 평행한 상기 필러형 스페이서의 다른 쪽 각 측면은 화소 영역의 측면 길이의 약 20% 보다 길고 약 90% 보다 짧은 액정 표시 장치.
- 제 1 기판, 상기 제 1 기판에 대향하는 유전체 시트, 및 상기 제 1 기판, 유전체 시트 및 상기 제 1 기판과 유전체 시트 사이에 제공된 하나 이상의 격벽으로 둘러싸여 있고, 스트라이프 패턴으로 배열된 복수의 방전 채널을 포함하는 플라즈마 발생 기판;상기 플라즈마 발생 기판의 유전체 시트와 일정한 간격을 두고 대향하는 제 2 기판으로서, 상기 유전체 시트를 향한 제 2 기판의 표면상에 제공된 복수의 신호 전극을 포함하며, 상기 신호 전극은 방전 채널의 스트라이프 패턴과 교차하는 스트라이프 패턴으로 배열되어 있는 제 2 기판;상기 유전체 기판과 제 2 기판 사이에 삽입된 액정층;상기 유전체 시트와 제 2 기판 사이의 간격을 규정하기 위한 복수의 필러형 스페이서; 및상기 신호 전극들중 하나가 방전 채널들중 하나와 교차하는 영역으로서 규정되는 복수의 화소 영역을 포함하며 :상기 액정층은 부의 유전 이방성을 갖는 액정분자를 가지며;상기 유전체 시트 및 제 2 기판의 액정층을 향한 표면 및 상기 필러형 스페이서의 표면들상에 수직 배향층이 제공되고;상기 액정층은 상기 복수의 필러형 스페이서에 의해 규정되는 복수의 액정 영역을 포함하며;상기 각 화소 영역은 적어도 하나의 상기 액정 영역을 포함하며;상기 액정 영역내의 액정 분자는 전압무인가시에는 상기 제 1 및 제 2기판의 표면에 대해 거의 수직하게 배향되고 전압인가시에는 축대칭으로 배향되는 액정 표시 장치.
- 제 12 항에 있어서, 상기 제 2 기판 및 유전체 시트의 액정층을 향한 표면상에 제공된 적어도 하나의 수직 배향층상에 고분자 재료로 된 축대칭 배향 고정층이 제공되는 액정 표시 장치.
- 제 13 항에 있어서, 상기 필러형 스페이서는 상기 각 화소 영역 주위의 적어도 4개의 위치들에 제공되는 액정 표시 장치.
- 제 14 항에 있어서, 상기 필러형 스페이서는 각 화소 영역내에 적어도 하나의 점대칭 및 선대칭으로 배열되는 액정 표시 장치.
- 제 14 항에 있어서, 상기 필러형 스페이서는 각 화소 영역의 4개의 코너 또는 4개의 측면과 각각 접촉되게 배치되는 액정 표시 장치.
- 제 16 항에 있어서, 상기 필러형 스페이서의 상기 제 1 및 제 2 기판의 표면에 대해 평행한 평면을 따른 방향에서의 단면이 직사각형, 둥글려진 코너를 가진 직사각형, 십자형, T자형, L자형, 원형, 및 타원형으로 된 그룹에서 선택되는 액정 표시 장치.
- 제 16 항에 있어서, 상기 필러형 스페이서는 상기 화소 영역 각각의 코너, 및 그 화소 영역의 각 측면을 따라 적어도 2개의 동일하게 분할된 위치들에 제공되는 액정 표시 장치.
- 제 18 항에 있어서, 상기 필러형 스페이서의 상기 제 1 및 제 2 기판의 표면에 대해 평행한 평면을 따른 방향에서의 단면이 직사각형, 둥글려진 코너를 가진 직사각형, 원형 및 반원형으로 된 그룹에서 선택되고;상기 각 화소 영역의 필러형 스페이서와 외접하고 있는 직사각형은 상기 화소 영역에 인접하여 그 화소 영역을 둘러싸고 있는 화소 영역들에 의해 규정된 영역내에 끼워질 수 있는 사이즈로 되어 있으며;상기 필러형 스페이서 각각의 짧은 쪽의 1변 또는 직경이 약 5μm 이상으로 된 액정 표시 장치.
- 제 18 항에 있어서, 상기 2개의 인접한 필러형 스페이서들 사이의 간격을 D, 상기 필러형 스페이서가 직사각형 단면을 갖는 경우에는 그 스페이서의 짧은 쪽의 길이 및 상기 필러형 스페이서가 원형 단면을 갖는 경우에는 그 스페이서의 원형 단면의 직경 중 하나를 ds라 하고, y= D/ds 일때;0.1≤y≤ 4.49e-0.0607ds+1.5의 관계가 성립되는 액정 표시 장치.
- 제 12 항에 있어서, 상기 필러형 스페이서는 상기 화소 영역의 코너를 제외한 각 위치들에서 각각의 화소 영역의 4개의 측면들과 접촉되게 배치되는 액정 표시 장치.
- 제 21 항에 있어서, 상기 필러형 스페이서의 상기 제 1 및 제 2 기판의 표면에 대해 평행한 평면을 따른 방향에서의 단면이 직사각형 및 둥글려진 코너를 가진 직사각형으로 된 그룹에서 선택되고;상기 필러형 스페이서와 접촉되어 있는 화소 영역의 측면에 대해 수직한 상기 필러형 스페이서의 각 측면은 약 5μm 이상이고 2개의 인접한 화소 영역들 사이의 간격보다 짧으며;상기 필러형 스페이서와 접촉되어 있는 화소 영역의 측면에 대해 평행한 상기 필러형 스페이서의 다른 쪽 각 측면은 화소 영역의 측면 길이의 약 20% 보다 길고 약 90% 보다 짧은 액정 표시 장치.
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