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KR100895417B1 - 액정 표시 소자 - Google Patents

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KR100895417B1
KR100895417B1 KR1020010045471A KR20010045471A KR100895417B1 KR 100895417 B1 KR100895417 B1 KR 100895417B1 KR 1020010045471 A KR1020010045471 A KR 1020010045471A KR 20010045471 A KR20010045471 A KR 20010045471A KR 100895417 B1 KR100895417 B1 KR 100895417B1
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crystal display
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display element
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야마구치히데마사
지사키마코토
푸쿠나가요코
모리타신타로우
이치카와이로아키
Original Assignee
소니 가부시끼 가이샤
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Publication date
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Abstract

다중-도메인 수직-정렬 모드의 액정 표시 소자는 화소 전극을 갖는 구동 기판, 구동 기판에 대향하고 대향 전극을 갖는 대향 기판, 및 상기 기판들 사이에 삽입된 액정을 포함한다. 액정 표시 소자에서, 액정의 분자들은 전계가 생성되지 않을 때, 기판들과 거의 수직으로 정렬되고, 미리 결정된 전압의 인가에 의해 거의 수평으로 정렬된다. 대향 기판은 전압이 인가될 때, 임의의 지점을 중심으로 하여 모든 방향들로 액정의 분자들을 배향하는 정렬 중심부를 가진다. 대향 기판의 정렬 중심부의 영역은 한 화소의 영역의 5% 이하로 설정된다.
액정 표시 소자, 다중-도메인 수직-정렬 모드, 정렬 중심부, 정렬 방해면, 유효 개구율

Description

액정 표시 소자{Liquid crystal display device}
도 1a 및 1b는 본 발명의 실시예에 따라 액정 표시 소자의 평면도 및 단면도.
도 2a 및 2b는 반원형 돌기(protuberance)를 형성하는 방법을 도시하는 예시도들.
도 3a 및 3b는 반원형 돌기를 형성하는 방법을 도시하는 설명도들.
도 4a 내지 4j는 돌기, 슬릿(slit), 및 컷(cut) 또는 홀(hole) 사이의 위치 관계를 각각 도시하는 평면도들.
도 5는 액정 패널(liquid crystal pannel)을 도시하는 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 화소 전극 2 : 구동 기판
3 : 대향 전극들 4 : 대향 기판
5 : 액정 6 : 돌기
100 : 액정 표시 소자
본 발명은 유효 개구율(aperture ratio)을 감소시키지 않고 넓은 시야각(viewing angle)을 보장할 수 있는 다중-도메인 수직-정렬 액정 표시 소자(multi-domain vertical-alignment liquid crystal display device)에 관한 것이다.
현재, 사용가능한 액정 표시 소자들은 액정 표시 모드로서 통상적으로 TN(트위스티드 네마틱 : Twisted Nematic) 모드를 사용한다. 그러나, TN 모드에서, 시야각이 좁고, 스크린이 경사 방향으로부터 관찰될 때, 톤 반전(tone reversal)이 발생하여, 디스플레이 품질을 심각하게 감소시킨다. 또한, 응답 속도가 하프톤 영역(halftone region)에서 낮고, 비디오 화상들의 윤곽들이 선명하지 않다. TN 모드의 그러한 문제점들은 위상 보상(phase compensation)에 의해서도 완전하게 극복될 수 없다.
TN 모드에 대한 대안으로서, IPS(동일 평면 스위칭; In-Plane Switching) 모드, OCB(광학 보상 복굴절 ; Optical Compensated Birefringence) 모드, 및 MVA(다중-도메인 수직 정렬 ; Multi-domain Vertical Alignment) 모드와 같은 다양한 액정 표시 모드들이 최근에 개발되었다. 특히, 다중-도메인 수직-정렬 모드는 시야각을 증가시키는 기법으로 주목받아 왔다.
다중-도메인 수직-정렬 모드에서, 전기 슬릿들(electric slits)(SID 97 DIGEST p.461)을 사용하는 방법, 기판의 표면상에 돌기를 사용하는 방법(일본 특허 제 2947350 호), 등이 액정의 다중-도메인 정렬을 실행하도록 제안되었다. 또한, 다중-도메인 수직-정렬 모드의 액정 표시 소자의 투과율을 개선하고, 톤들 간의 색 변화(color shifting)의 문제점을 극복하기 위해, 키랄제(chiral material)들을 첨가하고 전압이 인가되는 동안 트위스트 방법(twisted method)으로 액정 분자들의 배향하는 방법들이 제안되어 왔다(기재된 바와 같이, 예컨대, 일본 미심사 특허 공보 제 11-352490, 일본 미심사 특허(PCT 루트(route)에 의해) 공보 제 10-506479, SID 91 DIGEST pp.762-765, 1991, 및 SID 92 DIGEST pp. 33-35, 1992).
그러나, 다중-도메인 수직-정렬 모드의 액정 표시 모드에서, 시야각은 충분히 증가될 수 없고, 투과율은 시야각을 증가시키기 위해 희생된다. 특히, 정렬을 제어하기 위해 기판들의 표면들 상에 형성된 돌기들 및 전극 슬릿들은 유효 개구들로서 작용하지 않으므로, 투과율을 저하시킨다.
따라서, 유효 개구율을 저하시키지 않고 넓은 시야각을 보장하는 다중-도메인 수직-정렬 모드의 액정 표시 소자를 제공하는 것이 본 발명의 목적이다.
본 발명자들은 다중-도메인 수직-정렬 모드의 액정 표시 소자에서 넓은 시야각을 획득하는데 있어서, 전압이 인가될 때 액정의 분자들이 정렬 중심(alignment center) 주위에서 모든 방향으로 배향되도록 화소 전극들에 대향하는 대향 기판을 정렬 중심으로서 작용하는 정렬 방해면(alignment disturbing surface) 또는 둘출부를 형성하는 것이 효과적이라는 것을 발견하였다. 본 발명자들은 또한, 필요하다면, 유효 개구율이 감소하는 것을 방지하기 위해, 하나의 화소의 영역에 대향 기판의 정렬 중심의 영역의 비율(즉, 정렬 중심으로 작용하는 돌기의 바닥 면적 또는 정렬 중심으로 작용하는 정렬 방해면의 표면 영역)을 미리 결정된 비율 이하가 되도록 설정하는 것을 발견하였다.
상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 양태에 따라, 화소 전극을 갖는 구동 기판, 상기 구동 기판에 대향하고 대향 전극을 갖는 대향 기판, 및 상기 기판들간에 삽입된 액정을 포함하는 다중-도메인 수직-정렬 모드의 액정 표시 소자가 제공되고, 상기 액정의 분자들은 전계가 생성되지 않을 때 상기 기판과 거의 수직으로 정렬되고, 미리 결정된 전압의 인가에 의해 거의 수평으로 정렬되고, 상기 대향 기판은 상기 전압이 인가될 때, 임의의 지점을 중심으로 하여 모든 방향으로 상기 액정의 상기 분자들이 배향되는 정렬 중심부를 가지고, 상기 대향 기판의 상기 정렬 중심부 영역은 한 화소 영역의 5% 이하로 설정된다.
본 발명의 다른 양태에 따라, 화소 전극을 갖는 구동 기판 및 대향 전극을 갖는 대향 기판이 서로 대향하고, 액정이 상기 기판들 사이에 삽입되고, 상기 액정의 분자들이 전계가 생성되지 않을 때 상기 기판들과 거의 수직으로 정렬되고, 미리 결정된 전압의 인가에 의해 거의 수평으로 정렬되는 다중-도메인 수직-정렬 모드의 액정 표시 소자를 위한 제조 방법이 제공되고, 상기 대향 기판은 상기 전압이 인가될 때, 임의의 지점을 중심으로 하여 모든 방향들로 상기 액정의 상기 분자들을 배향하는 정렬 중심부를 가지고, 상기 대향 기판의 정렬 중심부의 영역은 한 화소의 영역의 5% 이하로 설정된다.
본 발명의 다른 목적들, 특징들 및 장점들은 첨부된 도면들을 참조하여 바람직한 실시예들의 다음 설명으로부터 명확해질 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 액티브 매트릭스 액정 표시 소자(active matrix liquid crystal display device)는 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 하기에 설명될 것이며, 본 발명은 또한, 스트라이프(stripe)들로 배열된 화소 전극들을 갖는 수동 매트릭스 액정 표시 소자(passive matrix liquid crystal display device)에 적용할 수 있다. 도면들에서, 동일한 참조 번호들은 동일하거나 동등한 구성 요소들을 나타낸다.
도 1a 및 1b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 액티브 매트릭스 액정 표시 소자(100)의 개략적인 평면도 및 단면도이다.
액정 표시 소자(100)는 구동 기판(2)으로서, ITO로 구성된 화소 전극(1)을 갖는 TFT 기판을 가진다. 구동 기판(2)은 ITO로 구성된 대향 전극(3)을 갖는 대향 기판(4)에 대향하여 배치된다. 액정(5)은 기판(2)과 (4) 사이에 삽입된다. 화소 전극들(1) 및 대향 전극들(3)의 상부 표면들은 수직 정렬막(vertical alignment film)으로 덮혀진다. 액정(5)의 분자들은 전계가 인가되지 않을 때, 구동 기판(2) 또는 대향 기판(4)에 거의 수직으로 배향되고, 전압을 인가함으로써 기울게 되고, 미리 결정된 전압 이상의 전압을 인가함으로써 거의 수평으로 정렬된다. 편광판들(polarizers)(도시되지 않음)은 도 1a의 상부 오른쪽의 화살표들에 의해 도시되는 바와 같이, 구동 기판(2) 및 대향 기판(4)의 바깥쪽들에 크로스-니콜(crossed-Nicol) 형태로 배열된다.
돌기(6)는 모든 방향들로 액정(5)의 분자들을 배향하는 정렬 중심부로서 기능하도록 대향 기판(4)의 중심에서 형성된다. 개구율이 감소하는 것을 방지하기 위해, 돌기(6)의 크기는 대향 기판(4)내의 돌기(6)의 영역, 즉, 돌기(6)의 바닥 면적이 하나의 화소 영역의 5% 이하로 되도록 결정된다. 특히, 돌기(6)가 근접 노출(proximity exposure)에 의해 형성되는 경우, 50㎛2 내지 225㎛2의 범위내에 설정되는 것이 바람직하다. 돌기(6)는 스텝 앤드 리피트(step and repeat) 노출에 의해 형성되는 경우, 바닥 면적은 25㎛2이하일 수 있다.
돌기(6)의 높이는 특별히 제한되지 않는다. 액정 표시 소자에는, 통상적으로, 구형 스페이서들(spherical spacers)이 기판상에 산포되거나 또는 수지 지주들(resin struts)이 기판상에 형성되어 기판들간의 갭을 유지한다. 돌기(6)의 높이를 기판들간의 갭과 동일하게 설정함으로써, 돌기(6)는 또한 스페이스로서 기능할 수 있고, 이러한 것은 스페이서들을 산포하거나 지주들을 형성하는 공정을 제거할 수 있다. 스페이서들의 산포 밀도의 변동들에 기인하여 갭 결함(gap defect)을 회피하는 것이 또한 가능하다.
돌기(6)는 전계가 인가되지 않을 때, 액정(5)의 분자들이 기울고(tilted), 전압이 인가될 때, 경사 전계(oblique electric field)가 전기력선들(electric lines of force)의 왜곡에 의해 생성되고, 이후에 설명되는 바와 같이, 분자들이 돌기(6)를 중심으로 모든 방향으로 배향되도록 제어된다. 이러한 이유 때문에, 전압이 인가될 때, 배향(orientation)을 효과적으로 제어하기 위해, 돌기(6)가 액정(5)의 유전 상수보다 낮은 유전 상수를 갖는 재료, 더 바람직하게는, 5 이하의 유전 상수를 갖는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다. 돌기(6)의 바람직한 재료들은, 예컨대, 아크릴, 노볼랙(novolac), 및 폴리스티렌 감광성 수지(polystyrene photosensitive resin)들이다.
도 1에 도시된 돌기(6)는 첨단(top)에서 구형으로 된 사각형 프리즘(quadrangular prism) 형태로 형성되고, 원뿔, 반전된 반구체, 원주 등 중 임의의 형태로 형성될 수 있다. 나중에 설명되는 바와 같이, 돌기(6)에 의해 경사 전계를 형성하여 액정 분자들을 기울게 하기 위해, 돌기(6)가 구동 기판(2) 또는 대향 기판(4)에 수직 방향으로 취해진 단면에서 삼각형 또는 반원형인 것이 바람직하다. 단면에서 돌기(6)가 삼각형 또는 반원형이든지 간에, 유사한 장점들이 획득될 수 있다. 형성이 용이하다는 관점으로부터, 돌기가 반원형인 것이 더욱 바람직하다. 돌기(6)를 선형이 되게 하는 것은 콘트라스트(contrast) 및 투과율을 저하시키기 때문에, 바람직하지 않다.
반원형 돌기(6)는 예컨대, 대향 기판(4) 상에 양극 감광성 수지를 도포하고, 그 수지를 노출, 현상, 및 패터닝하여, 수지가 즉시 설정되지 않는 100°C 내지 200°C에서 수지를 선행소성(prebaking)한 후, 최종적으로 수지를 소성함으로서 형성된다. 원하는 형태가 선행소성의 기간 및 온도를 조절하여 획득될 수 있다. 대안적으로, 도 2a 및 2b에 도시된 바와 같이, 패턴(6')은 패터닝 마스크(도 2a)로 작용하는 하프톤부(halftone portion ; 12)를 갖는 마스크(11a)를 사용하여 형성되고, 반원형 돌기(6)(도 2b)를 형성하도록 소성된다. 대안적으로, 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, 패턴(6˝)은 패터닝 마스크(도 3a)로서 작용하는 좁은 슬릿들(13)을 갖는 마스크(11b)를 이용하여 형성되고, 반원형 돌기(6)(도 3b)를 형성하도록 소성된다. 그러한 마스크들(11a, 11b)의 사용은 돌기(6)의 형태를 미세하게 제어하는 것이 가능하게 한다.
이제, 도 1a 및 1b에 도시된 액정 표시 소자(100)의 동작이 설명될 것이다. 액정 표시 소자(100)에서, 액정(5)의 분자들은 전계가 인가되지 않을 때, 구동 기판(2) 또는 대향 기판(4)에 거의 수직으로 정렬된다. 전압이 거기에 인가될 때, 인접 화소 전극들(1)간의 공간들(w)은 전극 슬릿으로 기능하고, 도 1b의 점선으로 표시된 등전위 선들(equipotential lines)에 의해 도시된 바와 같이, 횡단 전계(transverse electric field)가 형성된다. 횡단 전계는 돌기(6)에 인접한 경사 전계(oblique electric field)가 된다. 이러한 이유 때문에, 도 1a에 화살표들로 도시된 바와 같이, 전압이 인가될 때 액정 분자들은 돌기(6)를 중심으로 방사상으로 기울어지고, 모든 방향들로 배향된다. 따라서, 액정 표시 소자(100)는 개선된 시야각 특성들을 가진다.
이에 반하여, 정렬을 위한 정렬 중심부로서 작용하는 돌기(6)가 대향 기판(4)상에 형성되지 않는 경우, 액정 분자들은 전압이 인가됨으로써 형성되는 횡단 전계에 의해 기울어지기 쉽다. 그러나, 이러한 경우, 정렬 중심부가 제공되지 않기 때문에, 액정 분자들은 디스클리네이션(disclination)으로 칭하는 점을 중심으로 배향된다. 디스클리네이션 점은 불안정하고 기판의 불평탄함(unevenness), 인접한 화소의 전위 등에 기인하여 바뀌기 때문에, 방위가 미세하게 조절될 수 없다. 이러한 것은 액정 표시 소자의 디스플레이 품질을 감소시키고, 표시가 균일하지 않게 된다.
본 발명에서, 분자들이 임의의 지점을 중심으로 하여 모든 방향들로 배향되는 사실은 분자들이 모든 방향들로 균일하게 분포되는 것을 항상 의미하는 것은 아니며, 분자들이 단지 일부 방향으로만 배향될 수도 있다. 예컨대, 도 1a에 도시된 액정 표시 소자(100)에서, 네개의 방향들, 즉, 0, 3, 6, 및 9시 방향들을 지시하는 액정 분자의 비율이 높다. 그러나, 방위 방향들간의 명확한 경계들은 정렬 중심부로 작용하는 돌기(6)에 인접하여서만 존재하고, 분자들은 돌기(6) 주위에 연속하여 배향된다. 본 발명에서, 그러한 방위 상태는 또한 분자들이 돌기(6)를 중심으로 모든 방향들로 배향되는 상태를 포함한다.
액정 표시 소자(100)에서, 광(light)은 전압이 인가되는 백색 디스플레이 상태동안, 인접한 화소 전극들(1)간의 공간들(w)을 통해 전송되지 않는다. 통상적으로, 공간들(w)은 데이터 라인들, 게이트 라인들 등을 포함하므로, 개방(open)되지 않는다. 돌기(6)의 바닥 면적은 각 화소 영역의 5% 이하가 되도록 설정된다. 그러므로, 개구율(aperture ratio)은 액정 표시 소자(100)에서 상당히 감소하지는 않는다.
본 발명의 액정 표시 소자는 도 1a 및 1b에 도시된 실시예와 다른 다양한 실시예들을 포함한다. 예컨대, 돌기(6) 대신에, 정렬을 방해하는 정렬 방해면(alignment disturbing surface)은 전압이 인가될 때, 모든 방향들로 액정 분자들을 배향하는 정렬 중심부로서 작용하도록 대향 기판상에 형성될 수 있다. 정렬 방해면은 다른 형태의 정렬막들을 적용하여, 예컨대, 수직 정렬막을 그 위에 적용하지 않고 대향 기판(4)의 정렬 중심부 상에만 수평 정렬막을 적용함으로써 형성될 수 있다. UV 광에 대향 기판(4)의 정렬 중심부를 노출시킴으로써, 그곳에 정렬이 방해될 수 있다. 대안적으로, 주변부의 배향 방향과 다른 미리 결정된 배향 방향은 정렬 중심부에 편광을 적용함으로써 획득될 수 있다.
미세 돌기(fine projection)들 및 함몰부(deression)들은 정렬 중심부의 하부층상에 형성될 수 있다. 특히, 정렬 중심부의 표면만이 수직 정렬막이 형성되기 전에 포토레지스트(photoresist) 공정에 의해 이온 빔의 적용으로 거칠게 될 수 있고, 또는 다른 품질의 ITO 투명 전극(ITO transparent electrode)이 포토레지스트 공정에 의해 정렬 중심부에서만 형성될 수 있다.
정렬 방해면이 대향 기판(4)상에 형성되는 경우, 정렬 방해면의 영역이 각각의 화소 영역의 5% 이하로 또한 설정되고, 더욱 바람직하게는, 개구율을 감소시키지 않도록 0.1% 내지 1%로 설정된다.
통상적으로, 컬러 액정 표시 소자의 화소들은 3개의 컬러 R, G, 및 B로 분할되고, R, G, 및 b 화소들 각각은 정사각형이 아니며, 대부분의 경우에, 직사각형이다. 그러한 경우들에서, 더욱 대칭적인 시야각을 획득하기 위해, 또는 화소의 길이 방향으로 충분하게 정렬을 제어하기 위해, 화소 전극(1) 또는 대향 전극(3)은 슬릿(slit), 컷(cut), 또는 홀(hole)이 제공되어 액정의 다중-도메인 정렬(multi-domain alignment)이 거의 수직으로 또는 수평으로 대칭되고, 이상적으로, 원형이 된다. 예컨대, 도 4a 내지 4i에 도시된 바와 같이, 슬릿들(7) 및 컷들(8)은 화소 전극들(1) 중 하나의 화소에 형성되어 액정의 다중-도메인 정렬이 거의 수직 또는 수평으로 대칭되고, 돌기들(6)이 대향 전극(3)상에 형성된다. 이러한 도면들에서, 화소 전극(1)에 형성된 슬릿들(7) 및 컷들(8)은 대향 전극(3)에 형성될 수 있거나, 돌기들(6)은 홀들로 대체될 수 있다. 액정 정렬을 위한 정렬 중심부는 화소 전극(1)에 형성될 수 있다. 예컨대, 도 4j에 도시된 바와 같이, 슬릿(7) 및 홀들(9)은 화소 전극(1)에 형성될 수 있다.
슬릿(7), 컷들(8), 또는 홀들(9)은 예컨대, 포토레지스트 공정에 의해 ITO 막을 패터닝하여 형성될 수 있다. 특히, 슬릿(7)이 화소 전극(1)에 형성되는 경우, 화소 전극(1) 자체가 ITO 막을 패터닝함으로써 처음부터 형성되기 때문에, 공정들의 수가 증가하지 않고 형성될 수 있다.
본 발명에서, 키랄제는 액정(5)에 부가될 수 있다. 키랄제의 부가는 전압이 인가될 때, 정렬을 안정시킬 수 있다.
크로스-니콜(crossed-Nicol) 형태로 배열된 평광자들간에 삽입된 액정 표시 소자에서, 액정 분자들이 트위스트 방법(twisted manner)으로 배향되지 않을 때, 투과율은 액정 분자들의 정렬 방향이 편광판들의 편광축 또는 흡수축으로 형성되는 각에 크게 의존한다. 액정 분자들의 정렬 방향이 편광판의 편광 축들 또는 흡수 축들과 일치할 때, 광이 거의 투과되지 않으므로, 흑색 디스플레이 상태(black display state)가 된다. 이러한 이유 때문에, 도 1a 및 1b에 도시되는 액정 표시 소자(100)에서, 전압이 인가되는 백색 디스플레이 상태에서 수평으로 배향되는 분자들, 평광자들의 편광 축들 또는 흡수 축들의 방향과 동일한 방향으로 배향되는 액정 분자들은 광을 투과하지 않는다. 이러한 것은 투과율을 떨어뜨린다. 키랄제의 첨가는 또한 투과율을 감소시키는 그러한 문제점을 해결하는데 효과적이다. 액정 분자들 자체는 키랄제를 부가함으로써 트위스트 방법으로 배향되기 때문에, 흑색 디스플레이가 정렬 방향과 상관없이 크로스-니콜 배열로 생성되지 않으며, 액정 정렬 방향과 편광판들의 흡수 축들 또는 편광 축들 사이의 각에 대한 투과율의 의존도가 감소될 수 있다. 또한, 전압이 인가될 때, 트위스트 방법으로 액정 분자들이 배향되도록 키랄 피치를 조절함으로써, 높은 투과율이 획득될 수 있다.
액정 분자들이 트위스트 방법으로 배향되는 경우, 전압이 인가될 때(백색 디스플레이)의 피상 트위스트 각(apperent twist angle)이 대략 90°일 때 투과율이 가장 높다. 반면에, 백색 디스플레이가 생성될 때 3.5V 내지 6V의 전압이 통상적으로 인가되고, 액정의 문턱값은 대략 2V이다. 상술한 바로부터, 투과율을 최대화하기 위해, 액정 키랄 피치(crystal chiral pitch)(L) 및 셀 갭(d)이 2.5 < L/d < 5.5 인 관계를 갖는 것이 바람직하다. 이러한 조건을 만족시키기 위해, 589nm의 파장에 관한 굴절률 이방성(refractive anisotropy ; Δn)과 셀 갭(d)의 곱(Δnd)은 400nm 내지 700nm의 범위내에 있는 것이 바람직하다.
액정 표시 소자의 응답 속도는 셀 갭(d)에 크게 의존하기 때문에, 굴절률 이방성(Δn)이 상기 상황에서 가능한 한 높은 것이 바람직하다. 특히, 우수한 동작 화상 디스플레이(motion picture display)를 달성하기 위해, 589nm에 관한 액정의 굴절률 이방성이 0.115 이상인 것이 바람직하다.
컬러 분리 필터는 컬러 액정 표시 소자내의 각각의 화소에 제공된다. 액정 표시 소자의 굴절률은 Δneff ×d/λ에 크게 의존하며, Δneff는 액정층의 피상 굴절률 이방성을 나타내고, d는 셀 갭을 나타내며, λ는 파장을 나타낸다. 이것은 투과율이 광의 파장에 크게 의존하는 것을 나타낸다. Δneff ×d가 임의의 파장에 가장 적당하게 설정될지라도, 다른 파장에 대해 적당하지 않으며, 그러므로 색 균형(color balance)의 변화들이 디스플레이 상에 나타난다. 특히, 디스플레이가 경사 방향으로 관찰될 때, 그러한 색 균형 변화가 나타난다. 투과율의 파장 의존도가 TN 모드에서 상대적으로 낮지만, 본 발명에서 채택된 수직-정렬 모드에서는 높다. 이러한 것은 전압이 인가될 때, 액정 분자들이 모든 방향들로 배향되고, 액정 분자들이 트위스트 방법으로 배향될 때에도 복굴절 모드(birefringent mode)가 혼합되기 때문이다. 그러한 특성을 개선하기 위해, 각각의 컬러의 주요 파장들(λ)에 적당하도록 셀 갭들(d)을 설정하는 것이 바람직하다.
각각의 컬러의 주요 파장(λ)에 따라 셀 갭(d)을 변화시키는 다양한 방법들이 제안된다. 그러한 것들 중에서, 컬러들에 따른 컬러 필터(color filter)의 두께를 변화시키는 방법은 공정들의 수가 증가하지 않기 때문에 가장 바람직하다.
본 발명의 액정 표시 소자가 수직 정렬형이기 때문에, 더 넓은 시야각이 2축 또는 단축 위상차판(uniaxial retardation film)을 사용하여 보상함으로써 획득될 수 있다. 실제 사용시 넓은 시야각을 획득하기 위해, 위상차판은 다음의 조건들을 만족시키는 것이 바람직하다:
Figure 112001018742838-pat00001
여기에서, Nx 및 Ny는 동일한 평면 방향들(in-plane directions)에서 위상차판의 굴절률들을 나타내고, Nz는 두께 방향에서 굴절률을 나타내며, dfilm은 두께를 나타내고, Δn은 액정의 굴절률 이방성을 나타내며, dLC는 셀 갭을 나타낸다.
특별히 제한되지는 않지만, 도 1a 및 1b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 액정 표시 소자가 액티브 매트릭스 어드레싱 방법(active matrix addressing method)에 의해 구동되는 것이 바람직하다. 액티브 매트릭스 어드레싱에서, 인접 화소 전극들(1)간의 공간들은 정렬을 제어하기 위해 전극 슬릿들로서 사용될 수 있으며, 이것은 횡단 전계들을 형성하기 위해 구동 기판(2)상에 전극 슬릿들을 형성하는 필요성을 제거한다. 전극 슬릿이 화소 전극(1)에서 형성되는 경우, 필요에 따라, 슬릿의 패턴은 스트라이프들로 배열된 전극들을 사용하여 수동 매트릭스 어드레싱(passive matrix addressing)에서 보다 더욱 자유롭게 형성될 수 있다. 대향 기판(4)상의 대향 전극들(3)이 수동 매트릭스 어드레싱에서 스트라이프들로 형성되지만, 액티브 매트릭스 어드레싱에서 대향 기판(4)상의 대향 전극들(3)은 통상적으로 패턴화되지 않는다. 따라서, 미리 결정된 정렬을 방해하는 경사 전계가 생성되지 않을 것이다.
액티브 매트릭스 액정 표시 소자에서, 정렬 제어 효과가 만족스럽게 행해지도록 화소 피치가 설정되는 것이 바람직하다. 이러한 관점으로부터, 화소 피치가 70㎛ 이하인 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 액정 표시 소자가 액티브 매트릭스형의 액정 패널에 적용되는 실시예를 도시하는 단면도이다. 액정 패널은 구동 기판으로서 작용하는 TFT 기판(2'), 대향 기판으로 작용하는 컬러 필터 기판(4'), 및 상기 기판들간에 삽입된 액정(5)을 포함한다.
컬러 필터 기판(4')은 유리 기판(14)상에 스트라이프들로 배열된 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 컬러 필터들(15), 및 그 위에 형성된 대향 전극(3)으로 작용하는 ITO 투명 전극을 포함한다. 돌기들(6)은 TFT 기판(2')상의 화소 전극들(1)과 대응하는 액정(5)의 측면상의 대향 전극(3) 표면 위에 형성되고, 수직 정렬막(16)이 그 위에 형성된다.
이에 반하여, 신호 라인들(18)과 같은 TFT 소자들(도시되지 않음) 및 배선들은 TFT 기판(2')의 유리 기판(17) 상에 형성되고, 평탄화층(19), 화소 전극들(1), 및 수직 정렬막(16)은 연속하여 그 위에 형성된다.
크로스-니콜 형태로 배열된 편광판들(21a, 21b) 및 위상차판들(20a, 20b)은 외부측들, 액정 패널의 광 입사측(light-incident side)(TFT 기판(2')측) 및 광 출사측(light-emergent side)(컬러 필터 기판(4')측), 각각에 형성된다.
본 발명은 다음의 예에서 자세히 설명될 것이다.
[제 1 예]
도 5에 도시된 액정 패널은 다음의 방법으로 생성된다.
7㎛의 4개의 면들을 갖는 하부 표면을 각각 구비한 직사각형 패턴들은 컬러 필터 기판(4')상에 양극 감광성 수지(positive photosensitive resin)를 도포함으로써 형성되고, 1.2㎛의 두께를 갖는 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 컬러 필터들(15)이 유리 기판(14)상에 스트라이프들로 형성되며, 100 ㎚ 두께의 ITO 투명 전극이 그 위에 형성되고, 감광성 수지를 노출 및 현상시킨다. 더 바람직한 형태를 획득하기 위해, 감광성 수지는 5분 동안 120℃ 내지 180℃에서 소성되고, 최종적으로 200℃ 이상으로 소성된다. 그 때문에, 1.5㎛의 높이를 갖는 반원형 단면의 돌기들(6)이 획득된다. 돌기(6)의 유전 상수는 3이다. 폴리이미드 수직 정렬막은 돌기들(6)이 형성되는 표면상에 프린팅되고, 한시간동안 180℃에서 소성된다. 따라서, 획득된 수직 정렬막(16)은 50 ㎚ 내지 100 ㎚의 두께를 갖는다. 수직 정렬막(16)은 러빙(rubbing)하지 않게 된다.
이에 반하여, TFT 기판(2')은 신호 라인들(18)과 같은 배선들 및 TFT 소자들이 유리 기판(17)상에 형성되고, 3㎛의 두께를 갖는 평탄화막(19)이 그 위에 형성되고, 100㎛의 두께를 갖는 ITO 전극들은 화소 전극들(1)로서 그 위에 형성되어 준비된다. 각각의 화소 전극(1)은 120㎛의 길이, 40㎛의 폭을 가지며, 또한 화소 전극(1)과 인접 화소 전극들간의 공간들(w1, w2, w3, w4)(도 1a 참조)은 7㎛로 설정된다. 수직 정렬막(16)은 컬러 필터 기판(4')에서와 유사한 방법으로 화소 전극(1)상에 형성된다. 다음에, 공통 전송 물질(common transfer material)이 도포되고, 아크릴 스페이서들(3.5㎛의 입자 지름을 갖음)이 산포된다.
봉합제(sealing agent)는 상술한 컬러 필터 기판(4')에 도포되고, 컬러 필터 기판(4') 및 TFT 기판(2')은 한 기판이 다른 기판 위에 있도록 배치되고, 13.3 ㎩(0.1 torr) 및 2시간 동안 120℃로 소성된다. 후속하여, 액정(5)은 진공에서 패널로 주입된다. 액정(5)은 -4의 Δε, 0.12의 Δn, 및 13㎛의 키랄 피치(chiral pitch)를 가진다.
크로스-니콜 형태로 배열된 위상차판들(20a, 20b) 및 편광판들(21a, 21b)은 후속하여 TFT 기판(2') 및 필터 기판(4')의 외부측들에 각각 접합된다. 이러한 경우, 지제막들(20a, 20b)은 두께 방향(z축 방향)에서만 위상차를 가지며, 다음의 조건을 만족시킨다:
(Nx - Nz)d = 300 ㎚
여기에서, Nx는 동일한 평면 방향에서의 굴절률을 나타내며, N2는 두께 방향에서의 굴절률을 나타내고, d는 위상차판의 두께를 나타낸다.
편광판들(21a, 21b)은 z축 방향에서 위상차를 갖는 트리아세테이트막들(triacetate films)로 형성되고, 위상차판(20a, 20b)과 동일한 장점들이 제공된다.
이와 같이, 액정 패널은 한 시간동안 반대로 구동된다. 결과적으로, 액정 패널은 심각한 콘트라스트 감소 및 톤 반전(tone reversal)이 사방으로 나타나지 않는 우수한 시야각 특성을 나타난다.
[제 2 예]
액정 패널은 제 1 예에서 TFT 기판(2')상의 화소 전극들(1) 및 컬러 필터 기판(4')상의 돌기들(6)이 도 4a에 도시된 바와 같이 배열되고 패턴화되어 생성된다. 이러한 경우, 컬러 필터 기판(4')에서 슬릿들(7)의 폭(L1)은 7㎛로 설정된다.
제 1 예에서와 동일한 방법으로 액정 패널의 구동을 평가하기 위한 결과로, 우수한 시야각 특성들이 획득되어 심각한 콘트라스트 감소 및 톤 반전이 모든 방향들에서 나타나지 않는다. 또한, 시야각 특성들은 제 1 예에서보다 방위각 방향에 관하여 더 크게 대칭적이다. 이미지 품질에 관하여, 회색 래스터 모드(gray raster mode)에서 디스플레이는 제 1 예에서보다 더 균일하다.
[제 3 예]
액정 패널은 제 2 예에서 돌기(6)의 하부 표면들이 10㎛의 4개 측면들을 갖는 정사각형 형상으로 형성되고, 4.5㎛의 높이를 가지며, 아크릴 스페이서들이 사용되지 않는다.
제 1 예의 방법과 동일한 방법으로 획득된 액정 패널의 구동을 평가하기 위한 결과로서, 제 2 예의 특성과 동일한 시야각 특성들이 획득된다. 디스플레이는 제 2 예에서보다 더 균일하다.
[제 4 예]
액정 패널은 TFT 기판(2')의 화소 전극들(1) 및 컬러 필터 기판(4')의 돌기들(6)이 도 4c에 도시된 바와 같이 배열되고 패턴화되어 생성된다. 이러한 경우, TFT 기판(2')의 슬릿들(7)의 폭(L1)은 7㎛로 설정된다. 돌기들(6)의 하부 표면들은 L2 = 5㎛, L3 = 10㎛, L4 = 5㎛, 및 L5 = 10㎛이 되는 크기를 가진다.
제 1 예의 방법과 동일한 방법으로 획득된 액정 패널의 구동을 평가하기 위한 결과로서, 제 2 예의 품질과 유사한 이미지 품질 및 시야각 특성이 획득된다.
[제 5 예]
액정 패널은 제 2 예에서 돌기들(6)이 ITO 전극에 형성되는 7㎛의 4개의 측면들을 갖는 정방형 홀들로 대체되어 생성된다.
제 1 예의 방법과 유사한 방법으로 획득된 액정 패널의 구동을 평가하기 위한 결과로서, 이미지 품질은 제 2 예에서보다 더 낮아지고, 우수한 시야각 특성이 획득된다.
[제 6 예]
액정 패널은 제 2 예에서 R, G, 및 B 컬러 필터들(15)이 1.0㎛, 1.2㎛, 및 1.5㎛의 두께를 각각 가지며, 산포될 아크릴 스페이서들의 입자 지름은 4㎛로 설정되어 생성된다. 이러한 경우, 컬러 필터들의 광학 밀도가 결정되어 제 2 예의 컬러와 동일한 컬러가 상술한 두께를 갖는 컬러 필터들이 획득될 수 있다.
획득된 액정 패널에서, 더 밝은 백색 디스플레이가 생성되고, 제 2 예와 비교하여, 방위각 방향으로 컬러 발란스에서의 변화들이 감소된다.
본 발명에 따라, 다중-도메인 수직-정렬 액정 표시 소자에서, 넓은 시야각은 유효 개구율을 감소시키지 않고 이루어질 수 있다.
본 발명이 현재 바람직한 실시예를 고려한 것을 참조하여 기술되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 제한되지 않는다는 것이 이해되어야 한다. 대조적으로, 본 발명은 추가된 청구항들의 정신 및 범위내에 포함된 다양한 수정들 및 동등한 배치들을 포함하는 것을 의미한다. 다음 청구항들의 범위는 모든 그러한 수정들 및 동등한 구조들 및 기능들을 포함하도록 가장 넓게 해석되어야 한다.

Claims (36)

  1. 화소 전극이 형성되어 있는 구동 기판과, 그것에 대향하는 대향 전극이 형성되어 있는 대향 기판과, 상기 구동 기판과 상기 대향 기판의 사이에 끼워진 액정을 포함하는 액정 표시 소자로서,
    상기 화소 전극에 슬릿 또는 컷이 형성되고,
    상기 슬릿 또는 컷과 상기 화소 전극의 변에 의해 구분된 화소 전극의 각 영역에 대응하여, 상기 대향 기판에 점형상의 돌기가 설치되는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 화소 전극이 직사각형상이고,
    상기 화소 전극의 단변 방향과 평행하게 상기 슬릿 또는 컷이 형성되는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 돌기의 바닥 면적이 50㎛2 내지 225㎛2인 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 액정에 키랄제(chiral material)가 첨가되어 있는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 액정의 키랄 피치(L)와 셀 갭(d)이 2.5 ＜ L/d ＜ 5.5인 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자.
  8. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    액티브 매트릭스 구동하는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자.
  9. 제 8 항에 있어서,
    화소 피치가 70㎛ 이하인 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자.
  10. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 구동 기판 또는 상기 대향 기판의 외측에 있어서, 상기 구동 기판 또는 상기 대향 기판과 편광판의 사이에, 시야각을 보상하는 위상차판이 구비되고, 상기 위상차판의 면내 방향의 굴절률(Nx, Ny), 두께 방향의 굴절률(Nz), 두께(dfilm), 액정의 굴절률 이방성(Δn), 셀 갭(dLC)이,
    Figure 112008074212626-pat00002
    을 만족시키는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자.
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 삭제
  15. 삭제
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 화소 전극이 형성되어 있는 구동 기판과, 대향 전극이 형성되어 있는 대향 기판을 대향시키고, 상기 구동 기판과 상기 대향 기판의 사이에 액정을 끼워 액정 표시 소자를 제조하는 액정 표시 소자의 제조 방법으로서,
    상기 화소 전극에 슬릿 또는 컷을 형성하고,
    상기 슬릿 또는 컷과 상기 화소 전극의 변에 의해 구분된 화소 전극의 각 영역에 대응하여, 상기 대향 기판에 점형상의 돌기를 설치하는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자의 제조 방법.
  20. 제 19 항에 있어서,
    상기 화소 전극을 직사각형상으로 하고,
    상기 화소 전극의 단변 방향과 평행하게 상기 슬릿 또는 컷을 형성하는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자의 제조 방법.
  21. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 대향 기판에 감광성 수지를 도포하고, 패터닝함으로써, 상기 돌기를 형성하는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자의 제조 방법.
  22. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 돌기의 바닥 면적을 50㎛2 내지 225㎛2로 하는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자의 제조 방법.
  23. 삭제
  24. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 액정에 키랄제를 첨가하는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자의 제조 방법.
  25. 제 24 항에 있어서,
    상기 액정의 키랄 피치(L)와 셀 갭(d)를 2.5 ＜ L/d ＜ 5.5로 하는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자의 제조 방법.
  26. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 구동 기판으로서 TFT 기판을 사용하는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자의 제조 방법.
  27. 제 26 항에 있어서,
    화소 피치를 70㎛ 이하로 형성하는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자의 제조 방법.
  28. 제 19 항 또는 제 20 항에 있어서,
    상기 구동 기판 또는 상기 대향 기판의 외측에 있어서, 상기 구동 기판 또는 상기 대향 기판과 편광판의 사이에, 시야각을 보상하는 위상차판을 설치하고, 상기 위상차판의 면내 방향의 굴절률(Nx, Ny), 두께 방향의 굴절률(Nz), 두께(dfilm), 액정의 굴절률 이방성(Δn), 셀 갭(dLC)에,
    Figure 112008074212626-pat00011
    를 만족시키는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 소자의 제조 방법.
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