KR0166109B1 - 액정표시소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

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모또히로 야마하라
노부까즈 나가에
마사유끼 오까모또
도시유끼 히라이
데루요시 하라
도끼히꼬 신노미야
노부아끼 야마다
슈이찌 고자끼
와따루 호리에
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쯔지 하루오
샤프 가부시끼가이샤
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Abstract

대향하는 2매의 전극과 상기 전극 사이에 형성된 액정층을 포함하며, 상기 액정층의 액정을 적어도 3개의 다른 방향으로 배향시키기 위한 배향수단이 상기 전극의 적어도 한쪽 전극의 상기 액정층측의 면상에 구비된 것을 특징으로 하는 액정표시소자가 기술되어 있다.

Description

액정표시소자 및 그의 제조방법
제1도는 실시예 1의 액정표시소자를 사용하는 액정표시장치의 단면도.
제2도는 실시예 1의 액정표시소자의 기판상에 있는 액정의 배향상태를 나타낸 도면.
제3도는 실시예 1의 액정표시소자에 관련된 등콘트라스트 라인(equicontrast line)을 나타낸 레이다 차트.
제4(a)도는 실시예 2의 액정표시소자의 전압-오프 상태를 나타내는 광학 현미경 사진.
제4(b)도는 실시예 2의 액정표시소자의 하프-톤 상태를 나타내는 광학 현미경 사진.
제5(a)도는 종래 액정표시소자의 전압-오프 상태를 나타내는 광학 현미경 사진.
제5(b)도는 종래 액정표시소자의 하프-톤 상태를 나타내는 광학현미경 사진.
제6도는 실시예 4의 액정표시소자를 제조하기 위한 마스크에서 한 개의 화소에 해당하는 부분을 나타낸 도면.
제7도는 실시예 4의 액정표시소자를 제조하기 위한, 돌기부들을 갖는 금속판에서 한 개의 화소에 해당하는 부분을 나타낸 도면.
제8(a) 및 제8(b)도는 실시예 6의 액티브매트릭스 액정표시소자를 나타내는 구성도.
제9(a)도는 배향막에 대한 기초면이 요철면으로서 형성된 경우에 배향막에 대한 하지층의 사시도.
제9(b)도는 배향막에 대한 기초면의 요철 형상이 편평한 경우에 배향막에 대한 하지층의 사시도.
제10도는 본 발명의 액정표시소자에 사용된 유기막 재료의 결정화율과 온도사이의 관계를 나타낸 그래프.
제11(a)도는 각 화소에 대한 동심상 투명 및 차광부를 갖는 포토마스크의 구성도.
제11(b)도는 화소가 16 부분으로 분리된 포토마스크의 구성도.
제11(c)도는 각 화소에 대해 4개의 방향으로 배향된 투명 및 차광부를 갖는 포토 마스크의 구성도.
제12도는 실시예 13의 액정표시소자의 광투과율의 Δn·d 의존성을 나타내는 그래프.
제13도는 실시예 14의 액정표시소자의 광투과율의 Δn·d 의존성을 나타내는 그래프.
제14도는 실시예 15의 액정표시소자의 광투과율의 Δn·d 의존성을 나타내는 그래프.
제15도는 실시예 16의 액정표시소자의 광투과율의 트위스트각 의존성을 나타내는 그래프.
제16도는 실시예 17의 액정표시소자의 광투과율의 트위스트각 의존성을 나타내는 그래프.
제17도는 실시예 18의 액정표시소자의 광투과율의 트위스트각 의존성을 나타내는그래프.
제18도는 실시예 19의 TN형 액정표시소자의 단면도.
제19도는 실시예 19에 사용된 포토마스크의 평면도.
제20도는 실시예 19의 액정표시소자의 일부를 나타낸 평면도.
제21(a) 및 21(b)도는 제20도의 A-A선 및 B-B선에 따른 실시예 19의 액정표시소자의 단면도.
제22(a) 내지 22(c)도는 실시예 19의 액정표시소자의 동작을 예시하는 단면도.
제23도는 실시예 20의 액정표시소자의 단면도.
제24도는 유리 기판상에 돌기부들을 형성하기 위한 포토마스크의 평면도.
제25도는 실시예 20의 소자를 제조하기 위한 공정을 예시하는 단면도.
제26도는 실시예 20에 따른 돌기부의 평면도.
제27도는 제26도의 X5-X5선 단면도.
제28도는 액정 영역을 형성하기 위한 포토마스크의 평면도.
제29(a) 내지 29(e)도는 실시예 20의 액정표시소자의 시야각 특성을 나타내는 그래프이고, 제29(f)도는 측정 구성을 예시하는 사시도.
제30(a) 내지 30(e)도는 비교예 8의 액정표시소자의 시야각 특성을 나타내는 그래프이고, 제30(f)도는 측정 구성을 예시하는 사시도.
제31도는 실시예 21에 사용된 포토마스크의 평면도.
제32(a) 및 32(b)도는 실시예 21의 돌기부들에 대한 사시도와 단면도.
제33도는 실시예 22에서 사용된 평면 구정(planar spherulites)의 평면도.
제34도는 실시예 22에서 사용된 돌기부들의 평면도.
제35도는 실시예 20의 변형예에 사용된 돌기부의 평면도.
제36도는 실시예 20의 또 다른 변형예에 사용된 돌기부들의 사시도.
제37도는 실시예 20의 또 다른 변형예의 돌기부들에 대한 단면도.
제38도는 실시예 20의 또 다른 변형예의 돌기부들에 대한 평면도.
제39(a) 및 39(b)도는 실시예 23에 사용된 돌기부들의 평면도.
제40도는 실시예 23에서 돌기부들과 편광축 간의 관계를 나타내는 도면.
제41도는 실시예 24에서 돌기부들과 편광축 간의 관계를 나타내는 도면.
제42도는 실시예 24에 사용된 돌기부들의 평면도.
제43도는 실시예 24의 액정 영역의 평면도.
제44(a) 내지 44(e)도는 실시예 23의 액정표시소자의 시야각 특성을 나타내는 그래프이고, 제44(f)도는 측정 구성을 예시하는 사시도.
제45(a) 내지 45(e)도는 비교예 10의 액정표시소자의 시야각 특성을 나타내는 그래프이고, 제45(f)도는 측정 구성을 예시하는 사시도.
제46도는 디스클리네이션 라인과 편광축에 의해 형성된 각과 광투과율간의 관계를 나타낸 그래프.
제47도는 실시예 26에 대한 돌기부들의 평면도.
제48도는 실시예 26에 사용된 포토마스크의 평면도.
제49도는 실시예 26의 화소에 대한 구성을 나타내는 평면도.
제50(a) 내지 50(c)도는 본 발명에 사용된 돌기부들의 단면 형상의 변형예를 보인 단면도.
제51(a) 내지 51(c)도는 종래 액정표시소자의 단면도.
제52(a) 내지 52(c)도는 또 다른 종래 액정표시소자의 단면도.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 액정표시장치 2 : 액정표시소자
3, 4 : 평광판 5 : 액정층
6, 7 : 유리 기판 8, 10 : 화소전극
9, 11 : 배향막 12 : 밀봉 수지
본 발명은 액정표시장치 및 그의 제조방법, 특히 광시야각 특성을 갖는 액정표시장치 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
종래에는 네마틱 액정표시소자를 사용하는 액정표시소자가 시계나 전자계산기와 같은 세그먼티드 피겨(segmented-figure) 표시소자에 널리 이용되어 왔다. 이러한 액정표시장치의 투명 기판상에 박막 트랜지스터와 같은 능동 소자가 전압을 액정에 인가하여 구동 화소 전극을 선택적으로 구동하는 스위칭 수단으로 형성되고, 적색, 녹색 및 청색과 같은 컬러 필터층이 컬러 색상을 표시하도록 형성된다. 액정의 트위스트각에 기초하여, 액정 시스템은 다음과 같이 분류된다:(a) 네마틱 액정분자들이 90°만큼 비틀려배향되는 액티브 드라이브 트위스티드 네마틱(이하, TN이라 함) 액정표시 시스템, 및 (b) 투과-인가 전압 특성의 샤프니스를 이용하기 위해 네마틱 액정분자들의 트위스트각이 90°이상으로 설정되는 멀티플렉스 드라이브 수퍼 트위스티드 네마틱(이하, STN이라 함) 액정표시 시스템.
상기 후자의 먹티플렉스 드라이브 STN 액정표시 시스템에 있어서는 특유의 컬러 현상이 있다. 따라서, 모노크롬 표시가 실시되는 경우, 멀티플렉스 드라이브 STN 액정표시 시스템은 광 위상차 소자의 종류에 따라 다음과 같이 더욱 세분된다. 즉, 멀티플렉스 드라이브 STN 액정표시 시스템은 (b-1) 표시액정 셀과 분자들이 표시액정 셀과 반대의 트위스티드 각도로 배향되는 액정셀을 사용하는 복층 더블 수퍼 트위스티드 네마틱 액정표시 시스템 및 (b-2) 광학 이방성을 갖는 막이 배치되는 막 부가형 액정표시장치이다. 상기 (b-2)의 막 부가형 액정표시장치는 경량 및 가격이 저렴하다는 점에서 유리한 것으로 간주된다.
한편, (a)의 액티브 드라이브 TN 액정표시 시스템은 (a-1) 그들의 편광 방향들이 서로 평행하고 액정층에 전압이 인가되지 않을 때(오프 상태) 블랙이 표시되도록 한 쌍의 편광판이 배열되는 노말리 블랙 시스템, 및 (a-2) 그들의 편광 방향들이 직교하고 오프 상태시 화이트가 표시되도록 한쌍의 편광판이 배열되는 노말리 화이트 시스템으로 분류된다. 상기 (a-2)의 노말리 화이트 시스템은 표시장치의 표시 콘트라스트, 컬러 재현, 및 시야각 의존성의 측면에서 유리하다.
종래의 TN 또는 STN형 액정표시장치에 있어서, 액정분자들은 배향막상에 한방향으로 배향된다. 상기 한 방향으로 액정분자들의 방향을 배향시키는 전형적인 방법으로, 형성된 박막이 포 등으로 러빙되는 러빙 공정(일본 특허 공개공보 제4-57028호), 고분자막을 형성하기 위해 전극의 표면에 단량체가 증착되는 증착 중합공정, 및 LB막을 형성하기 위한 LB막 공정(일본 특허 공개공보 제4-181922호)이 공지되어 있다.
종래의 TN형 액정표시장치 등에 있어서, 표시특성은 예컨대, 화상의 콘트라스트가 시야각에 따라 변하는 시야각 의존성을 갖는다. 특히, 표시 콘트라스트를 증가시키는 방향(통상, 관찰자측 방향)으로 표시 스크린의 법선 방향으로부터 시야각이 증가되었을 때 흑백 표시가 반전되는 현상이 일어난다(이하, 이 현상을 반전이라 한다). 상기 현상들은 굴절률 이방성을 갖는 액정분자들이 기판에 대해 한 방향으로 배향되기 때문에 일어난다.
제51(a), 51(b) 및 51(c)도는 종래의 TN형 액정표시소자(201)의 단면도들을 나타낸다.
제51(a), 51(b) 및 51(c)도에 나타낸 바와 같이, 예컨대 TN형 액정표시소자는 액정층이 한쌍의 기판(202, 203) 사이에 끼워질 수 있도록 구성된다. 액정층(204)의 액정분자들(205)은 초기 배향이 90°트위스트되고 액정분자들이 일정 각도(프리틸트각)만큼 한 방향으로 경사지는 구성을 갖는다. 따라서, 배향공정은 전원(206)에서 구동전압이 인가될 때, 액정분자들은 제51(c)도에 나타낸 바와 같이 동일한 방향으로 상승되도록 실시된다. 액정분자들(205)이 하프톤의 표시동안 상승될 때, 상기 액정분자들은 제51(b)도에 나타낸 바와 같이 동일한 방향으로 경사진다. 액정분자들(205)이 비교적 넓은 각도로 서로 분리되는 도면에서 화살표 A와 B로 각각 표시된 방향에서 보았을 때, 겉보기 굴절률들은 서로 다르다. 그 결과, A 방향에서 본 화상의 콘트라스트는 B 방향에서 본 것과 매우 다르며, 극단적인 경우 반전과 같은 비정상적인 표시 현상을 일으킨다.
이와 같은 시야각 의존성을 향상시키기 위하여, 굴절률 타원체의 주굴절률의 방향이 표시 스크린의 법선 방향과 평행한 위상차 판(막)을 기판과 편광판 사이에 삽입함으로써 정상 광선과 이상 광선간의 위상차를 보상하기 위한 시도가 있었다. 그러나, 이와 같은 위상차판의 사용은 흑백 표시 반전을 향상시키기 위한 제한적인 효과만 발휘한다.
제안된 다른 방법은 화소 분할 공정(일본 특허공개공보 제57-186735호 및 제5-203951호), 러빙각도 최적화 공정(일본 특허공개공보 제4-221935호) 및 넌러빙 공정(nonrubbing method:일본 특허 공개공보 제3-14162호)을 포함한다. 상기 화소 분할 공정에 있어서, 표시를 행하기 위한 화소전극은 두 부분으로 분할되며, 이 두 개의 분할 화소전극들은 서로 다른 독립된 시야각 특성을 갖도록 설정된다. 상기 러빙 각도 최적화 공정에서는 액정표시소자를 사이에 두고 2개의 편광판이 서로 대향하며, 액정분자의 배향 방향과 상기 두 편광판중 하나의 편광방향에 의해 형성된 각, 및 트위스트각이 소정 범위내로 설정되어, 반전이 발생되지 않도록 한다. 상기 넌러빙 공정에 있어서, 액정층을 통해 두 대향 기판중 하나에 배치된 배향막이 러빙되고, 다른 기판에 배치된 배향막은 러빙되지 않으며, 이에 따라 액정분자들이 상기 러빙되지 않은 배향막에 의해 배향 방향이 다르도록 된다.
종래의 액정표시소자에 있어서, 화소분할 공정은 수직 방향의 반전과 시야각 의존성을 제거할 수 있으나, 콘트라스트가 저하되는 문제가 있으며, 시야각의 증가시 블랙이 그레이로 바뀌고 횡방향의 표시특성이 수직 방향의 표시특성과 다르게 된다. 레지스트를 사용하여 반대 방향들의 각각에 하나의 러빙 공정이 실시되어 두 러빙공정이 실시되는 부분과 하나의 러빙 공정이 실시되는 부분들이 제작(일본 특허공개 제5-203951호)되도록 한 방법은 공정수가 증가하고, 레지스트가 박리되고 배향이 방해될 때 배향막이 열화되어 디스클리네이션 라인을 야기시켜 화질이 저하된다. 이로인한 화상은 불균일한 밝기를 나타낸다. 상기 러빙각 최적화 공정은 반전을 제거할 수 있으나, 반전 방향과 반대되는 방향의 시야각이 좁아지고 법선 방향의 콘트라스트가 저하되는 문제가 있다. 상기 넌러빙공정은 제5(a)도 및 5(b)도에 도시한 바와 같이, 액정 배향의 불연속성으로 형성되는 디스클리네이션 라인(DL)이 명백히 보이는 문제가 있다.
편광판을 필요로 하지 않고 액정에 의해 산란되는 광을 이용하는 표시를 행하는 표시소자로서, 동적 산란(DS) 효과 또는 상전이(PC) 효과를 이용하는 표시소자가 알려져 있다. 최근에는 편광판은 물론 배향공정도 필요로 하지 않는 표시소자가 제안되었다. 이 표시소자는 액정의 복굴절을 사용하며 투명도와 불투명도가 전기적으로 제어된다. 이 표시 방법에 따르면, 액정분자의 정상 광선 굴절률이 기본적으로 지지 매체의 굴절률과 일치한다. 전압의 인가에 의해 액정분자들이 배향될 때, 그 투명 상태가 표시되고, 전압이 인가되지 않을 때 액정분자의 배향의 혼란으로 인해 불투명상태(광의 산란상태)가 표시된다.
상기 제안된 방법들의 한 예가 일본 특허공고 제61-502128호에 개시되어 있다. 이 방법에 있어서, 액정은 광경화성 또는 열경화성 수지와 혼합되며 상기 수지는 액정상이 한 쌍의 기판 사이에서 분리되도록 경화되어 상기 수지에 액정영역을 형성한다. 이 방법에 의해 형성된 액정소자를 고분자 분산형 액정표시소자를 부른다. 편광판을 사용하여 시야각을 향상시키는 소자로서, 일본 특허 공개 제4-338923호 및 제4-212928호는 상기 고분자 분산형 액정 소자가 교차된 편광판들 사이에 협지된 표시소자를 개시하고 있다. 이 표시소자들에 있어서는 시야각 특성은 크게 향상되나, 그의 동작원리가 산란으로 인한 편광해소에 기초하기 때문에 화상의 휘도가 TN 모드 액정표시소자의 약 절반으로 되어 화상이 충분히 밝지 못한 문제가 있다. 따라서, 표시소자들의 이용성이 떨어진다. 일본 특허공개 제5-27242호는 액정의 배향상태가 고분자의 벽 또는 돌기부들에 의해 방해되어 랜덤한 액정 도메인이 생성됨으로서, 시야각이 향상되는 방법을 개시한다. 그러나, 이 방법에 있어서는 액정 도메인들이 랜덤하게 형성되고 고분자 재료가 화소내로 인입되기 때문에 콘트라스트가 저하되어 화질이 떨어지는 문제가 있다.
제52(a), 52(b) 및 52(c)도에 보인 바와 같이, 포토마스크를 사용하여 액정과 고분자 재료의 상분리가 규칙적으로 행해지고 편광판이 제공된 액정표시소자(201a)는 두 기판(202, 203) 사이에 고분자 재료로 형성된 고분자 벽(207)을 포함한다. 상기 고분자 벽(207)에 의해 둘러싸인 액정영역(209)이 형성된다. 각 액정영역(209)은 복수의 액정 도메인(210)을 포함하며, 디스클리네이션 라인이 상기 액정 도메인(210)의 각 경계에 형성된다. 상기 액정영역(209)에 있어서, 전압이 인가될 때 액정분자들(205)과 고분자벽(207)사이의 반응에 의해 상기 액정분자들이 벽(207)의 방향을 따라 상승하게 된다. 따라서, 화살표 A 및 B로 각각 표시된 방향에서 보았을 때 상기 액정분자(205)의 겉보기 굴절률은 거의 서로 같게 되어 시야각 특성이 크게 향상된다. 한편, 시야각 특성의 향상에 가장 효과적인 방사상 배향이 화소에 실현되도록 하기 위해서는 각 화소의 액정 영역중 상기 영역이 감소되도록 고분자로 형성된 벽 또는 필라가 화소의 중심에 형성되어야 한다. 이는 구동 전압의 오프기간에 광투과율이 감소되도록 하여 화상의 휘도와 콘트라스트를 저하시킨다.
본 발명의 액정표시소자는 대향하는 2매의 전극과, 상기 전극 사이에 형성된 액정층, 및 상기 전극의 적어도 한쪽 전극의 상기 액정층측의 면상에, 상기 액정층의 액정을 적어도 3개의 다른 방향으로 배향시키는 배향수단을 구비한다.
본 발명의 한 실시예에 있어서, 상기 액정표시소자는 표시를 행하는 화소를 복수개 갖고, 각 화소는 상기 배향수단을 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향수단은 상기 액정을 방사상으로 배향시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향수단은 상기 액정을 동심원상으로 배향시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향수단은 상기 액정을 랜덤하게 배향시킨다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 액정층은 복수의 액정 도메인을 갖고, 각각의 액정 도메인내의 액정은 적어도 3개의 다른 방향으로 배향되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 복수의 액정 도메인은 방사상으로 배열되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 복수의 액정 도메인은 격자상으로 배열되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 복수의 액정 도메인은 랜덤하게 배열되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향수단은 구정(球晶)을 갖는 유기막으로 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향수단은 적어도 3개의 다른 방향으로 연장되는 돌기부를 갖는 감광성 고분자로 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향수단은 적어도 3개의 다른 방향으로 배향된 액정성 고분자로 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향수단은 상기 유기막에 대해 돌기부를 누름으로써 형성된 적어도 3개의 다른 방향으로 연장되는 돌기부를 갖는 유기막으로 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 구정의 직경은 1㎛ 내지 200㎛의 범위에 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 유기막은 이 유기막이 형성된 상기 전극측에 요철을 갖는 표면을 가지며, 이로 인해 상기 구정의 직경이 1㎛ 내지 200㎛의 범위를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 전극의 적어도 한쪽 전극 위에 요철을 갖는 하지층을 갖고, 상기 유기막의 상기 요철을 갖는 표면은 상기 유기막을 하지층 위에 형성함으로써 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 전극의 적어도 한쪽 전극은 요철을 갖는 표면을 갖고, 상기 유기막의 상기 요철을 갖는 표면은 상기 유기막을 전극 위에 형성함으로써 형성된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 요철을 갖는 표면의 조도는 1.48nm 내지 2.8nm의 범위를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 유기막이 직경 1㎛ 이하의 입자를 포함함으로써, 상기 구정의 직경이 1㎛ 내지 200㎛의 범위에 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 입자는 수지입자 및 무기입자로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 유기막은 결정성 폴리이미드를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 결정성 폴리이미드의 유리 전이 온도는 200℃ 이하이다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 액정층은 상기 화소마다 고분자벽으로 둘러싸인 액정영역을 갖고, 상기 액정영역은 복수의 상기 액정 도메인으로 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향 수단은 격자상으로 배열된 凸부를 갖고, 상기 액정 도메인은 상기 배향수단에 의해 격자상으로 배열된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향 수단은 상기 화소의 중심에서 방사상으로 연장되는 돌기부를 갖고, 상기 액정 도메인은 상기 배향수단에 의해 방사상으로 배열된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 액정 도메인을 배열시키는 상기 배향수단은 다결정체를 포함하는 재료로 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 소자는 적어도 하나의 편광판을 더 구비하며, 복수의 상기 액정 도메인의 경계에 형성되는 디스클리네이션 라인과 상기 편광판의 편광축이 이루는 각도는 30°이하이다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 소자는 적어도 하나의 편광판을 더 구비하며, 상기 배향 수단의 상기 화소의 중심으로부터 방사상으로 연장되는 凸부와 상기 편광판의 편광축이 이루는 각도는 30°이하이다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 소자는 적어도 2매의 편광판을 더 구비하며, 상기 편광판의 편광축은 서로 직교하고, 대향하는 2매의 상기 전극은 2매의 편광판 사이에 형성되며, 상기 액정층은 키럴 도펀트를 포함하는 네마틱 액정으로 구성되고, 상기 액정층의 트위스트 각, 상기 네마틱 액정의 굴절률 이방성과 상기 액정층의 두께의 곱은 광선투과율이 거의 최대치로 되도록 설정된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 트위스트각은 45° 내지 150°의 범위에 있고, 또한, 상기 굴절률 이방성과 상기 액정층의 두께의 곱은 300nm 내지 650nm의 범위에 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 트위스트각은 45° 내지 150°의 범위에 있고, 상기 굴절률 이방성과 상기 액정층의 두께의 곱은 1000nm 내지 1400nm의 범위에 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 트위스트각은 240° 내지 300°의 범위에 있고, 상기 굴절률 이방성과 상기 액정층의 두께의 곱은 550nm 내지 800nm의 범위에 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 대향하는 2매의 전극과, 상기 전극들 사이에 형성된 액정층을 갖는 액정표시소자의 제조방법은 상기 전극의 적어도 한쪽 전극위에, 상기 액정층의 액정을 적어도 3개의 다른 방향으로 배향시키는 배향수단을 형성하는 배향형성공정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향수단 형성공정은 상기 적어도 한쪽의 전극위에 구정을 갖는 유기막을 형성하는 공정이다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향수단 형성공정은, 상기 유기막을 용융상태에서 냉각하는 냉각공정을 포함하고, 상기 냉각공정은 냉각 속도를 제어함으로써 상기 유기막중의 구정의 직경을 1㎛ 내지 200㎛의 범위로 제어하는 공정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향수단 형성공정은, 상기 유기막에 입자를 분산시킴으로써 상기 유기막중의 구정의 직경을 1㎛ 내지 200㎛의 범위로 제어하는 공정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향수단 형성공정은, 적어도 한쪽의 상기 전극위에 요철형상을 갖는 하지층을 형성하는 공정, 및 상기 하지층위에 구정을 갖는 유기막을 형성하는 공정을 포함하며, 상기 하지층의 요철의 조도를 제어함으로써 상기 유기막중의 구정의 직경을 1㎛ 내지 200㎛의 범위로 제어한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향수단 형성공정은, 요철을 갖는 표면을 얻기 위해 적어도 한쪽의 상기 전극위에 입자를 증착하는 공정, 및 상기 전극위에 구정을 갖는 유기막을 형성하는 공정을 포함하며, 상기 요철을 갖는 표면의 조도를 제어함으로써 상기 유기막중의 구정의 직경을 1㎛ 내지 200㎛의 범위로 제어한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향수단 형성공정은, 감광성 고분자에 포토리소그라피를 사용하여 적어도 3개의 다른 방향으로 배열된 돌기부를 형성하는 공정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향수단 형성공정은, 유기막에 대해 돌기부를 누름으로써, 이 유기막에 적어도 3개의 다른 방향으로 배열된 凸부를 형성하는 공정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 냉각속도는 0.1℃/분 이상, 3.5℃/분 이하이다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 유기막은 서로 다른 융점을 갖는 적어도 2종의 고분자를 포함하는 재료로 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 유기막은 200℃ 이하의 유리 전이온도를 갖는 결정성 폴리이미드를 포함하는 재료로 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 유기막을 냉각시키는 공정은 상기 유기막의 온도가 시간에 관해 1차 함수적으로 저하하도록 상기 냉각 속도를 제어하는 공정이다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 유기막을 냉각시키는 공정의 초기 온도는 상기 유기막의 결정화 속도가 최대로 되는 온도 이상이고, 상기 유기막의 결정의 융점이하이다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 유기막을 냉각시키는 공정의 종료 온도는 상기 유기막의 유리 전이점 이상이다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 하지층을 형성하는 공정은 이 하지층의 표면을 에칭하는 공정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 액정표시소자는 표시를 행하는 복수의 화소를 포함하고, 상기 액정층은 상기 화소마다 적어도 하나의 액정 도메인을 가지며, 상기 배향수단을 형성하는 공정은, 대향하는 2매의 전극 사이에, 액정, 광경화성수지 및 광중합 개시를 포함하는 혼합물을 공급하는 공정과, 상기 혼합물에 규칙적인 강도 분포를 갖는 광을 조사하는 공정을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향 수단은 상기 화소마다 상기 전극의 적어도 한쪽 표면에 형성된 복수의 돌기부를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 액정층은, 상기 화소마다 고분자벽으로 둘러싸인 액정영역을 갖고, 상기 액정영역은 복수의 상기 액정 도메인으로 구성된다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 배향수단을 형성하는 공정은 상기 혼합물을 공급하는 공정전에, 적어도 한쪽의 상기 전극위에 유기막을 형성하는 공정을 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 유기막에 의해 복수의 상기 액정 도메인이 방사상으로 배열되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 유기막에 의해 복수의 상기 액정 도메인이 격자상으로 배열되어 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 액정과 상기 광경화성 수지의 혼합물중에 있어서의 상기 광경화성 수지의 함유량이 10 중량% 내지 0.1 중량%의 범위에 있는 재료를 사용한다.
따라서, 상기 본 발명은 표시특성이 감소된 시야각 의존성을 갖는 액정표시소자 및 그의 제조 방법을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
그러나 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.
[실시예 1]
제1도는 본 실시예에 따른 액정표시소자(2)를 포함하는 액정표시장치(1)의 횡단면도이다. 액정표시장치(1)는 액정표시소자(2) 및 소자의 양측상에 배치된 한쌍의 편광판(3, 4)을 포함한다. 액정표시소자(2)에서, 액정층(5)은 액정층 양측에 배치된 기판 사이에 협지된다. ITO(인듐 주석 옥사이드)로 제조된 투명 전극(8)들을 한 개의 유리 기판(6)(도면에서 상부의 것)의 표면에 형성시킨다. 상기 표면은 액정층(5)에 가장 가까운 측이다. 상기 전극들위에 배향막(9)을 형성시킨다. ITO로 제조된 투명전극(10)을 다른 유기기판(7)(도면에서 하부에 있는 기판)의 표면에 형성시킨다. 상기 표면은 액정층(5)의 가장 가까운 측에 위치하며 또 이들 전극 위에 배향막(11)이 형성된다. 화소전극(8, 10)들은 소정 폭을 갖고 2종의 전극들이 유기기판(6, 7)의 법선방향으로 도시된 바와 같이 서로 수직하도록 일정 간격으로 배열된다. 투명전극들(8, 10)이 서로 겹쳐지는 영역은 표시에 기여하는 화소들로서 작용한다. 따라서, 화소들은 매트릭스 형태로 배열된다. 액정층(5)은 밀봉수지(12)를 사용하여 밀봉된다. 소망하는 수준의 전압은 구동회로(13)에서부터 액정층(5)으로 공급된다.
액정층(5)에서, 굴절률 이방성 Δn이 0.081이고 키럴 도펀트가 부가되지 않은 액정재료가 사용되면, 액정층(5)의 두께는 약 5.5㎛로 고정된다. 배향막들(9, 11)은 결정성이 높은 나일론 66으로 제조되고 러빙되지 않은 것이다. 나일론 66은 결정성이 높고 구정(球晶)을 용이하게 형성하기 때문에 사용된다. 배향막에서 구정을 형성하는 방법으로는 결정화될 용융 또는 용액 상태의 나일론을 유리전이온도 Tg 보다 높은 온도로 가열시키는 방법이 유용하다. 구정은 다수의 결정(미세결정)이 한곳에서부터 출발하여 방사상으로 배열된 구형 다결정질을 의미한다. 고분자의 구정은 고분자 사슬을 접어서 형성한 박막들을 서로 중첩시키고 나선모양으로 꼬면서 방사선 방향으로 돌출되는 구조를 갖는다.
이렇게 형성된 본 발명의 액정표시소자(2)를 사용하는 액정표시장치(1)에서, 제2도에 도시한 바와 같이 액정은 배향막들(9, 11)에 형성된 구정과 접촉하는 액정층(5) 부분에서 방사상으로 배열되어 있음이 편광 현미경으로 확인되었다. 제2도의 (21)은 흡광영역을 지시한다. 소자가 광 시야각 특성을 갖거나 제3도에 도시한 바와 같이 전체 방향에 대하여 10 이상인 콘트라스트의 범위가 ±65°이상인 결과로부터 시야각 특성을 평가하였다. 또한 전압이 인가되더라도 흑백 표시의 반전이 발생하지 않고 또 표시 불균일이 발견되지 않음이 육안으로 확인되었다.
배향막들(9, 11)은 고 결정도의 유기물질로 제조될 수 있다. 상술한 나일론 66 대신에 나일론 6 또는 나일론 77과 같은 임의 종류의 나일론, 폴리에틸렌, 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리에스테르, 폴리비닐 알코올, 폴리프로필렌, 이소탁틱 폴리스티렌, 폴리이미드 및 용이하게 결정화될 수 있는 폴리이미드 수지 등이 배향막의 재료로서 사용될 수 있다. 배향막으로는 폴리(γ-벤질-L-글루타메이트)와 같은 액정 고분자로 제조된 배향막이 사용될 수 있다. 이 경우에서도 동일한 효과를 얻을 수 있다.
액정층은 이색염료와 함께 부가될 수 있다. 또한 이 경우에서도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이색 염료가 부가된 액정층은 하기한 실시예에서와 동일한 방식으로 사용될 수 있다.
이와 다르게, 본 발명의 배향막중의 어느 하나에만 적용될 수 있고 또 약간 결정화된 통상의 배향막이 다른 배향막으로 사용될 수 있다. 상기 대안에서도 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이러한 배향막의 사용은 하기에 설명한 실시예와 동일한 방식으로 적용될 수 있다.
[실시예 2]
실시예 2에서, 키럴 도펀트가 부가된 액정재료가 제1도의 액정표시소자(2)의 액정층(5)에 주입된다. 실시예 2의 액정표시소자에 따르면, 전압-오프 상태에서, 디스클리네이션 라인은 제4(a)도에 도시한 바와 같이 완전히 나타나지는 않는다. 전압이 인가된 하프-톤 상태에서도 제4(b)도에 도시한 바와 같이 디스클리네이션 라인은 나타나지 않는다. 이와같이, 본 실시예의 표시특성은 탁월하고 또 수득된 본 실시예의 소자는 실시예 1에서와 같이 현저하게 향상된 시야각 특성에 효과를 나타낸다.
이와 대조적으로, 비교예를 실시한다. 본 비교예에서는 결정화되기 힘든 통상의 폴리이미드가 실시예 1 및 2에서와 같이 구성된 액정표시소자의 배향막들의 재료로서 사용되고 또 키럴 도펀트가 부가된 액정재료는 액정층에 주입된다. 본 비교예에 따르면, 전압-오프 상태에서, 제5(a)도에 도시한 바와 같이 디스클리네이션 라인(DL)이 나타나고, 또 전압이 인가된 하프-톤 상태에서, 제5(b)도에 도시한 바와 같이 디스클리네이션 라인(DL)이 현저하게 나타난다.
따라서, 러빙되지 않은 통상의 액정표시소자와는 달리, 본 발명의 액정표시소자는 표시특성 및 시야각 특성을 현저히 향상시킬 수 있다는 것을 알 수 있다.
[실시예 3]
실시예 3에서는 액정을 방사상으로 배향시키기 위한 배향막이 미립자를 사용하여 형성된다.
실시예 1에서와 같이 구성된 액정표시소자의 배향막들은 직경 1㎛의 플라스틱 비이드가 분산된 유기물질을 사용하여 결정화된다. 제조된 액정표시소자를 광학 현미경을 이용하여 관찰한다. 액정은 방사상으로 배향되어 있고 또 그 부분의 크기는 200㎛ 이하이다. 실시예 1에서와 같이 현저히 향상된 시야각 특성이 수득된다.
이와 대조적으로, 비교예를 실시한다. 본 비교예에서는 직경 2㎛의 플라스틱 비이드를 분산시킨 다음 결정화시켰다. 제조된 비교예를 상기와 같은 방식으로 평가할 때, 액정이 방사상으로 배향된 부분의 크기는 200㎛와 동일하거나 그 이상인 것이 광학 현미경으로 확인되었다. 또한 화상은 화상이 백색화되고 콘트라스트비가 저하된 불균일을 나타낸다는 것이 확인되었다.
따라서, 직경 1㎛ 이하의 플라스틱 비이드를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 플라스틱 비이드 대신 다른 수지로 제조된 비이드를 사용할 수 있다. 본 발명에서, 비이드의 재료는 수지에 제한되지 않지만, 알루미나 또는 탄산칼슘과 같은 무기 재료일 수 있다. 직경 1㎛ 이하의 알루미나, 탄산칼슘 등이 배향막에 분산되면, 동일한 결과가 수득되었다.
키럴 도펀트가 부가되고 실시예 2에서와 같이 제조된 액정재료로 구성된 액정층을 갖는 액정소자가 사용되었다. 1㎛의 플라스틱 비이드를 액정소자의 배향막에 분산시켜 구정을 제조하였다. 상기 경우에서, 구정은 200㎛ 이하의 크기를 갖는다는 것이 광학현미경으로 밝혀졌다. 시야각 특성은 실시예 1에서와 같이 현저하게 향상되었다. 또한 1㎛ 이하의 알루미나 입자가 배향막에 분산되는 경우에서도 동일한 결과가 달성되었다.
이와 대조적으로, 직경 2㎛를 갖는 플라스틱 비이드가 분산되어 구정을 형성하는 액정표시소자를 제조하였다. 이 경우에서는 구정의 크기가 200㎛와 동일하거나 또는 그 이상이라는 것이 광학현미경으로 확인되었다. 또한 화상은 불균일 휘도를 나타내는 것이 확인되었다.
또한 상기로부터, 미립자가 직경 1㎛ 이하의 직경을 갖는 것이 바람직하다는 것을 알 수 있었다.
[실시예 4]
실시예 4에서는 감광성 고분자를 광에 조사시켜 액정을 방사상으로 배향시키기 위한 배향막이 제조된다.
실시예 1에서와 같이 구성된 액정표시소자의 배향막을 비닐 4-메톡시신나메이트의 감광성 고분자막으로서 형성한 다음 그 감광성 고분자막을 마스크를 이용하여 자외선에 조사시켰다. 마스크가 사용되면, 화소위에 위치하는 부분은 제6도에 도시한 바와 같은 구조를 갖거나 또는 방사상 투명 부분(23)을 갖는다. 따라서 배향막의 화소부분은 방사상 형태로 형성되고 그 결과 각 화소부분에 있는 액정은 방사상으로 배향된다.
이렇게 제조된 본 발명의 액정표시소자(5)를 사용하여 액정표시장치(2)의 시야 각특성을 평가하였다. 시야각 특성은 실시예 1에서와 같이 현저하게 향상되었다.
[실시예 5]
실시예 5에서는 액정을 방사상으로 배향시키기 위한 배향막이 방사상 돌기부를 이용한 압축법에 의해 제조된다.
실시예 1에서와 같이 구성된 액정표시소자의 배향막이 통상의 폴리이미드로 제조되었다. 배향막을 가열시킨 다음 금속판으로 압축시켰다. 금속판에서, 화소에 대응되는 부분은 제7도에 도시된 바와 같은 구조를 갖거나 또는 방사상 돌기부(22)를 갖는다. 따라서 배향막의 화소 부분들은 방사상 형태로 형성되었고 그 결과 화소부분들에 있는 액정은 방사상으로 배향되었다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 액정표시소자(5)를 이용하여 액정표시장치(2)의 시야각 특성을 평가하였다. 본 실시예의 액정표시소자는 실시예 1에서와 같이 시야각 특성이 우수하다.
[실시예 6]
제8(a)도는 본 발명의 액티브 매트릭스 액정표시장치의 단면도이다. 제8(b)도는 액정표시장치의 평면도이다. 액정표시장치는 액정층을 협지하기 위해 액정층(37) 양측에 배치된 제1 및 제2기판들(34, 36)을 포함한다. 유리판등으로 제조되고 액정층(37)과 접하는 제1기판(34)의 내측 표면에는 복수의 신호전극(31)들과 복수의 주사 전극(32)들이 서로 수직으로 교차하게 형성되며 각 교차점에 스위칭 트랜지스터(42)가 형성된다. 각 스위칭 트랜지스터(42)는 매트릭스 형태로 형성되어 신호전극들(31)중의 하나 및 주사 전극들(32)중의 하나에 전기적으로 접속된 표시화소 전극(33)들중의 하나에 접속된다. 스위칭 트랜지스터들은 무정형 실리콘 TFT, 폴리실리콘 TFT 등일 수 있다. 결정성 폴리이미드등으로 제조된 배향막(39)은 화소 전극(33)들이 형성된 제1기판(34) 표면상에 형성된다. 제2기판(36)은 유리 판등으로 제조된다. 액정층(37)과 접하는 제2기판(36)의 표면상에는 결정성 폴리이미드로 제조된 대향 전극(35) 및 배향막(38)이 순서대로 형성된다. 배향막(38, 39)들은 러빙 처리되지 않은 것이다. 액정층(37)의 외부 단부는 도시되지 않은 수지를 이용하여 밀봉되며 또 주위 회로(도시되지 않음)등은 외측 단부 밖에 장착된다. 상술한 바와 같이 서로 대향하는 제1 및 제2기판(34, 36)의 외면에 편광판들(40, 41)을 각각 배치시킨다. 상기 편광판들(40, 41)은 생략될 수 있다.
실시예 1에서와 같이 배향막이 형성되며, 액정층의 두께는 실시예 1에서 사용된 액정재료와 동일한 것을 이용하여 약 5.5㎛로 고정되었다. 이렇게 하여 본 실시예의 액티브 매트릭스 액정표시소자가 제조되었다.
이렇게 구성된 액티브 매트릭스 액정표시소자에서, 시야각 특성은 실시예 1에서와 같이 현저히 개선되었다. 실시예 1 내지 5에 기재된 본 발명의 기법은 실시예 6에 물론 적용될 수 있다.
[실시예 7]
본 실시예에서는 굴절률 이방성 Δn이 0.081이고 키럴 도펀트가 부가된 액정재료가 액정층(37)의 재료로서 사용되고 또 액정층(37)의 두께는 약 4.5㎛로 고정되었다. 액정층(37)에서 액정분자는 제1 및 제2기판들(34, 36) 사이에서 90°로 트위스트되어 배향된다.
본 액정표시장치의 배향막(38, 39)은 하기 방식으로 형성되었다. 먼저, 1.0g의 나일론 66이 100g의 m-크레졸에 분산된 용액을 제조하였다. 이후 이 용액을 전극들이 형성된 제1 및 제2기판(34, 36)의 표면에 도포하고 이 기판들을 유리전이온도(Tg) 보다 높은 약 170℃에서 경화시켰다. 그 결과, 구정이 형성된 배향막(38, 39)이 두께 600Å로 수득되었다. 배향막(38, 39)에 형성된 구정과 접촉되는 액정층(37)은 구정에 의해 방사상으로 배향된다.
상술한 바와 같이 수득된 실시예의 액정표시장치에서는 액정층(37)에 전압이 인가되면 액정분자가 방사상으로 기립하고 흑백 표시의 반전이 일어나지 않으며 시야각의존성이 감소된다는 것이 밝혀졌다. 60℃ 및 80℃의 환경하에서 장치들을 1주간 방치시킨후 구동 시험을 실시하였다. 액정표시장치는 표시특성이 악화되지 않고 우수한 표시상태를 나타내었다.
상기 실시예에서는 200℃ 이하의 유리전이 온도를 갖는 결정성 폴리이미드가 사용되기 때문에, 배향막은 200℃ 이하의 온도에서 결정화된다. 따라서, 배향막의 경화온도는 200℃ 이하로 고정될 수 있다. 따라서 칼러 표시에 사용되는 칼러 필터 및 액티브 매트릭스 액정표시장치에 사용되는 박막 트랜지스터가 열에 의한 파괴로부터 보호될 수 있다.
상기 기술된 실시예에서는 구정이 배향막에 형성된다. 본 발명은 구정을 사용하는데 한정되지 않는다. 다르게는 구정과 유사한 구조를 갖는 결정도 배향막으로 형성될 수 있다. 이 경우 동일한 효과를 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 액정을 방사상으로 배향시키기 위한 액정배향수단이 기판들중의 적어도 한 개 위에 배향막 형태로 형성된다. 배향막에 형성된 구정과 접촉되는 액정은 방사상으로 배향되고 그 결과 감소된 시야각 의존성을 갖고 또 시야각에 따른 콘트라스트의 감소가 개선된 액정표시소자가 제공될 수 있다.
액정을 방사상으로 배향시키기 위한 액정배향수단으로서, 구정을 갖는 고분자막이 사용될 수 있다. 배향막은 구정이거나 또는 구정과 유사한 구조를 갖는 결정이기 때문에, 배향막의 표면상태에 따라서 방사상 배향이 실시되는 부분이 액정층에 형성된다. 구정 또는 구정과 유사한 결정의 부분 영역은 배향막의 표면상에 위치할 필요는 없지만, 방사상 배향이 실시되는 영역이 구정 또는 구정과 유사한 결정의 존재에 의해 배향막이 표면상에 형성되는 것이 필요하다. 구정의 직경은 미립자를 배향막에 분산시키는 것에 의해 제어될 수 있다. 이러한 방사상 배향은 광을 조사시켜 형성된 방사상 형상을 갖는 감광성 고분자막이 배향막으로 사용되는 방식과 동일하게 달성될 수 있거나, 또는 방사상 돌기부를 사용하여 압축함으로써 형성된 배향막이 사용된다. 따라서, 본 발명은 넓은 시야각 특성을 달성할 수 있고 또 액정표시소자의 화질을 현저히 향상시킬 수 있다.
하기에 기술한 실시예 8 내지 12에서는 액정배향 수단으로서 작용하는 구정의 바람직한 크기 및 크기를 제어하는 방법이 설명될 것이다. 그러나 본 발명은 이들 실시예에 한정되지 않는다.
[실시예 8]
본 실시예에서는 제1도에 도시한 구조를 갖는 액정표시장치가 제조된다. 본 실시예에 따르면, 배향막(9)에 함유된 구정의 크기를 제어하기 위하여, 액정층(5)과 접하는 유기기판(6)의 표면상에 ITO(인듐 주석 산화물)의 입자를 침적시켜 투명 전극들(8)을 형성한다. 수득한 투명 전극(8)들의 표면을 원자력 현미경(AFM)을 이용하여 관찰하여 투명 전극(8)들의 표면조도를 평가한다. 본 실시예에서 투명전극(8)들의 표면조도는 2.31nm이다. 표면조도의 수치가 클수록, 표면조도는 크다. 배향막(9, 11)은 고결정성을 갖는 나일론 66을 스핀 코팅법에 의해 도포하고 140℃의 오븐에서 2시간 동안 유지시킨 다음 0.4℃/분의 냉각속도로 서서히 냉각시켜 제조한다. 굴절률 이방성 Δn이 0.081이고 또 0.34 중량%의 키럴 도펀트가 부가된 액정재료를 액정층(5)의 재료로서 사용하였다. 액정층(5)의 두께를 약 5.5㎛로 고정하였다. 본 실시예에서는 ITO(인듐 주석 산화물)의 입자를 침적시킴으로써 투명 전극(8)들이 형성되었다. 이와다르게는 상술한 방법으로 투명 전극(8, 9) 모두를 형성시킬 수 있다.
편광 현미경을 이용한 관찰로써 본 실시예에서는 구정을 갖는 배향막(9, 11)들 영역의 표면과 접촉하는 액정층(5) 영역에 있는 액정이 제2도에 도시한 바와 같이 방사상으로 배향되어 있음이 확인되었다. 제2도 중의 (21)은 흡광영역을 나타낸다. 방사상으로 배향된 액정 영역은 눈으로 관찰할 수 없는 3 내지 4㎛의 작은 직경을 갖는다. 장치가 넓은 시야각을 갖거나 또는 10 이상인 콘트라스트 영역이 ±65°이상인 결과를 제3도에 도시한 방향의 전체 수에 대해 시야각 특성을 평가한다. 전압을 인가하지 않은 정면(front)의 광투과율(Toff) 대 포화 전압이 인가된 때의 광투과율(Ton)의 비 CR = Toff/Ton를 콘트라스트비로 정의하고, 표 1에 나타낸다.
표 1에서 알 수 있듯이, 본 발명의 액정표시장치는 높은 콘트라스트비를 갖는다. 또한 화상이 백색화되고 콘트라스트비가 저하되어 소위 불균일이 생긴다는 것이 확인되었다. 키럴 도펀트가 부가되지 않은 네마틱 액정이 액정층(5)의 액정재료로서 사용되는 경우에도 본 실시예에서와 동일한 효과가 달성되었다.
이후, 본 실시예에 따른 구정의 크기의 제어원리를 설명한다. 구정은 많은 미세결정이 한점에서부터 방사상으로 배열되어 있는 구형 다결정질을 의미한다. 결정이 임계농도의 용액으로부터 생성된 결정핵 주위에 구형 대칭으로 성장하는 공정에 의해 구정이 형성된다. 이러한 구정의 크기는 다음 방법으로 제어될 수 있다:
(1) 생성된 결정핵의 숫자를 결정 핵생성 단계에서 제어하거나; 또는
(2) 결정성장 속도를 결정성장 단계에서 제어한다.
상술한 제1방법(1)은 다음의 2개의 기법을 포함한다:
(a) 기판 표면의 표면 에너지 차이에 따라서 결정핵을 생성하는 기법; 및,
(b) 고분자 블랜드에서 한 개의 고분자 성분을 결정 핵으로 사용하는 기법.
먼저, 표면에너지 차이에 따라서 결정핵을 생성하는 것에 의해 구정의 크기가 제어되는 상기 기법(a)을 다음에서 자세히 설명한다. 제9(a)도에 도시한 바와 같이, 고분자 용액이 도포되는 기판의 표면(이러한 표면을 하지(下地)라 칭한다)을 러빙시킨다. 표면이 이렇게 조면화되면, 하지의 표면에너지 차이가 나타나 많은 결정핵이 생성되고 그에 의해 구정의 정량 밀도를 증가시킨다. 따라서, 인접하는 구정은 구정의 크기가 비교적 작은 구정 성장공정 단계에서 각각 부딪친다. 그 결과 개별 구정은 비교적 작은 크기를 작게된다. 이와 대조적으로, 표면에너지 차이를 감소시키기 위해 하지가 제9(b)도에 도시한 바와 같이 평탄하게 제조되면, 결정핵이 생기기가 곤란하기 때문에 생성된 결정핵의 숫자가 감소된다. 따라서, 구정은 비교적 대형으로 성장하기 전까지 그 성장이 상호억제되지 않으므로, 비교적 대형 구정이 수득될 수 있다. 이렇게 하여, 구정의 크기는 하지의 조도를 제어함으로써 제어될 수 있다.
표면조도를 지시하는 변수로서, 원자력 현미경(AFM)을 사용하여 수득된 표면조도의 정도를 지시하는 변수인 조도(Ra)가 사용된다. 조도(Ra)는 하기 방정식으로 정의된다:
상기 방정식에서, 함수 f(x)는 표면에 대한 조도곡선을 나타내는 함수이고 또 L은 조도 곡선의 길이이다. 본 실시예에서, 표면조도가 1.4 내지 2.8nm인 하지를 갖는 배향막을 사용하는 것이 바람직하다. 표면조도가 1.4nm과 동일하거나 또는 작으면, 생성된 구정은 과도하게 크기(구정 직경은 약 200㎛ 보다 크다) 때문에 디스클리네이션 라인 DL이 액정층(5)에 생성되므로 불균일이 화상에 분명하게 나타난다. 표면조도가 2.8nm 보다 크면(구정 직경은 약 1㎛ 보다 작다), 구정의 크기가 너무 작게되므로 액정은 구정의 성장방향으로 배향되지 않는다. 따라서, 구정의 크기는 구정의 직경이 1㎛ 이상 200㎛ 이하가 되도록 제어되어야 한다.
상술한 바와 같이, 본 실시예에서는 하지(foundation surface)에 입자를 증착시키는 것에 의해 배향막에 대한 하지가 조면화되므로 액정배향 수단으로서 작용하는 구정의 크기는 배향막에 대한 하지의 조도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 본 실시예는 시야각 특성이 구정의 크기를 제어함으로써 향상될 수 있는 효과 및 화상이 백색화되고 콘트라스트비가 저하되는 소위 불균일이 없는 표시 스크린을 얻는 효과를 달성할 수 있다.
[비교예 1]
ITO 전극이 실시예 8에서와 같이 형성된 유리 기판위로 폴리이미드 용액[RN739(닛산 케미컬 인더스트리스, 리미티드 제품)]을 스피너로 도포한다. 수득한 폴리이미드막의 표면을 AFM으로 관찰한다. 제9(b)도는 그 결과를 도시한다. 제9(b)도로부터 분명하듯이, ITO 전극 표면의 조도는 폴리이미드를 도포함으로써 감소된다. 표면 조도는 0.485 nm이다. 나일론 66의 배향막을 실시예 1에서와 같이 폴리이미드 막위에 형성시킨다. 수득한 배향막에서 구정의 직경은 약 350㎛이다. 실시예 8에서와 같이 다음 단계를 실시하여 액정표시장치를 수득하고, 그 장치의 콘트라스트비를 측정한다. 그 결과를 표 1에 도시한다. 표 1로부터 분명하듯이, 비교예 1은 낮은 콘트라스트비를 갖는다. 불균일이 생기고 화질이 손상됨을 알 수 있다.
[실시예 9]
본 실시예에서는 배향막에 대한 하지의 조도를 에칭법에 의해 제어한다. 본 실시예에서는 표면이 하지로 작용하는 하층이 배향막 아래에 제공된다. 폴리이미드 용액을 ITO 전극을 갖는 한쌍의 유기기판에 도포하고 기판들을 250℃에서 경화시킨다. 유기기판을 1% 플루오르화수소산중에 20초간 침지시킨 다음 에칭처리하여 표면을 조면화시킨다. 수득한 표면을 AFM을 이용하여 평가하고 그 결과는 표면조도가 1.94nm임을 나타낸다.
기판 위에, 나일론 66의 1중량% m-크레졸 용액을 스피너로 도포한다. 이후, 기판들을 140℃의 오븐에서 2시간 동안 유지시킨 다음 냉각시켜 배향막을 수득한다. 수득한 배향막에서, 구정의 직경은 약 4 내지 5㎛이다. 이후의 단계는 실시예 8에서와 같이 실시하여 액정표시장치를 제조하고 장치의 콘트라스트비를 측정한다. 평가 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1에서 명백하듯이, 본 실시예의 액정표시장치는 높은 콘트라스트 비를 갖는다. 본 장치에는 화상이 백색화되고 콘트라스트비가 저하되는 소위 불균일이 없는 것이 확인되었다.
배향막에 대한 하지를 실시예 9에서와 동일하게 에칭하면, 하지의 조도가 제어될 수 있고 적합한 크기의 구정이 생성될 수 있다. 그 결과, 불균일이 없는 화상이 수득될 수 있다.
적합한 크기의 구정을 생성하는데 필요한 조도를 갖는 표면을 형성하는 방법은 실시예 8 및 9에 한정되지 않는다. 본 발명에서는 배향막에 대한 하지에서 표면에너지차가 생성되고 또 배향막에서 생성된 결정핵의 수를 제어함으로써 적합한 범위내에서 구정의 크기가 제어될 수 있는 한 어떤 방법이라도 사용할 수 있다.
[비교예 2]
실시예 9에서와 같이 수득되고 요철상태의 표면을 갖는 기판상에 폴리이미드 용액을 스피너로 도포한다. 수득한 폴리이미드막의 표면을 AFM을 이용하여 관찰한다. 폴리이미드 막의 표면조도는 0.294nm이다. 나일론 66으로 제조된 배향막은 실시예 9에서와 같이 폴리이미드막 위에 형성된다. 배향막에서 구정의 직경은 약 600㎛이다. 이후의 단계는 실시예 8에서와 동일한 방식으로 실시되어 액정표시장치를 제조하며 또 그 장치의 콘트라스트비를 측정한다. 결과를 하기 표 1에 나타낸다. 표 1로부터 분명하듯이, 비교예 2의 콘트라스트비는 낮다. 불균일이 발생하고 화질이 손상됨이 관측된다.
[실시예 10]
본 실시예는 배향막에서 구정의 크기를 제어하는 방법으로서의 예이며, 고분자 블랜드중의 하나의 고분자 성분을 결정핵으로 사용하는 방법(b)은 결정 핵생성 단계에서 생성된 결정핵의 수를 제어하는 상술한 방법(1)에 의해 실시된다.
상이한 융점을 갖는 고분자 2종 이상을 함유하는 고분자 혼합물의 고분자 용융물을 냉각시키면, 고융점 고분자가 먼저 저 융점 고분자 용융물에서 결정화되어 저융점 고분자에서 결정성장에 대한 핵으로 작용한다. 용융물이 더욱 냉각되면, 저융점 고분자의 결정이 성장된다. 이러한 고분자 혼합물에서는 결정핵이 단일 고분자인 경우에서 생기는 결정핵 보다 훨씬 많이 생성될 수 있다. 따라서 구정의 크기가 비교적 작은 단계에서는 구정이 상호 서로의 성장을 제한하여 구정의 크기가 작게된다.
본 실시예에서는 배향막이 고융점을 갖는 20 중량%의 나일론 66 및 저 융점을 갖는 80 중량%의 폴리프로필렌의 혼합물을 사용하여 형성된다. 이 혼합물을 투명전극들이 형성되어 있는 한쌍의 유리 기판(두께:1.1mm)상에 도포한 다음 270℃에서 용융시킨다. 기판들을 0.3℃/분의 냉각속도로 서서히 냉각시켜 배향막을 수득한다. 수득한 배향막에서 구정의 직경은 4 내지 8㎛이다. 이후의 단계는 실시예 8에서와 동일하게 실시하여 액정표시장치를 제조하여 그 장치의 콘트라스트비를 측정한다. 평가결과를 표 1에 나타낸다. 표 1로부터 분명하듯이, 본 실시예의 액정표시장치는 높은 콘트라스트비를 갖는다. 장치는 소위 불균일이 없다는 것이 확인되었다.
[비교예 3]
나일론 66의 용액을 투명 전극들이 형성된 한쌍의 유리 기판(두께:1.1mm)에 도포한 다음 나일론 66 필름을 270℃에서 용융시킨다. 기판을 0.3℃/분의 냉각속도로 서서히 냉각시켜 배향막을 수득한다. 수득한 배향막에서 구정의 직경은 210㎛이다. 이후의 단계는 실시예 8에서와 동일한 방식으로 실시하여 액정표시장치를 제조하며 그 장치의 콘트라스트비를 측정한다. 결과를 표 1에 나타낸다. 표 1로부터 분명하듯이, 비교예 3의 콘트라스트비는 낮다. 불균일이 생기고 화질이 손상됨이 확인되었다.
상기 실시예 8 내지 10에 따르면, 구정의 크기는 1㎛ 이상 200㎛ 이하의 적절한 값이 되도록 제어됨으로써 액정분자가 구정을 따라 방사상으로 배향되어 시야각 의존성을 향상시키고 또 배향막상에서 대형 구정에 의해 유발된 명 및 암 흡광패턴을 기초하여 나타나는 불균일의 발생이 방지될 수 있다. 즉, 구정의 크기는 명 및 암 흡광 패턴이 눈으로 관측될 수 없는 수준 까지 감소되도록 제어될 수 있고 그에 의해 불균일이 없는 우수한 화질을 수득할 수 있다.
[실시예 11]
본 실시예는 구정의 크기를 제어하기 위해 배향막을 형성하는 공정의 온도가 제어되는 예이다. 본 실시예에서, 제1도에 도시한 액정표시장치(1)의 배향막(9, 11)은 하기 방식으로 형성된다. 투명전극(8, 10)들이 형성된 유기기판들(6, 7)상에 나일론 66의 m-크레졸 용액을 스피너에 의해 도포한다. 수득한 기판을 140℃에서 2시간동안 유지시킨다. 이후 냉각속도를 0.1℃/분, 0.4℃/분, 1.7℃/분, 2.2℃/분 및 3.5℃/분으로 설정시키면서, 온도가 실온에 도달할 때까지 직선 함수에 따라서 온도 감소법을 실시하여 냉각시킴으로써 배향막들(9, 11)을 형성시킨다. 이 배향막(9, 11)은 러빙처리되지 않은 것이다. 굴절률 이방성 Δn이 0.081이고 또 키럴 도펀트가 부가되지 않은 액정물질을 액정층(5)의 재료로서 사용한다. 액정층(5)의 두께는 약 5.5㎛로 고정된다.
본 실시예에서 형성된 배향막들(9, 11)을 편광 현미경하에서 관찰한다. 편광 현미경하에서 관찰한 결과로서 수득된 구정의 크기(직경)를 표 2에 수록한다. 이렇게 형성된 액정표시장치(1)의 표시특성의 평가결과도 표 2에 수록한다. 표 2로부터 알 수 있듯이 본 실시예의 액정표시장치는 시야각 특성이 우수하고 또 불균일이 없는 표시 특성을 갖는다는 것이 확인되었다.
본 실시예에 사용된 구정의 크기를 제어하는 원리를 하기에 설명한다. 상술한 바와 같이, 구정의 크기를 제어하는 방법은 다음을 포함한다:
(1) 결정 핵생성 단계에서 생성된 결정핵의 수를 제어하며;
(2) 결정 성장단계에서 결정성장 속도를 제어한다.
실시예 8 내지 10에서, 구정의 크기를 제어하기 위하여, 핵의 수를 제어한다. 이들 실시예에서는 구정의 크기가 방법(1) 및 (2) 모두를 이용하여 제어된다.
제10도는 결정화 속도의 온도 의존성을 도시하는 그래프이다. 결정화 속도는 핵생성 속도 및 결정 성장 속도에 따라 다르다. 제10도의 그래프에서, 온도가 결정화 최고속도가 수득되는 값 보다 낮지 않은 영역에서, 결정화 속도는 핵생성 속도에 따라 다르고, 또 온도가 상기 값 보다 높지 않은 영역에서는 결정화 속도가 결정 성장 속도에 따라 다르다. 따라서, 결정화 최고 속도의 온도 이상 및 융점 이하의 온도에서, 핵생성 속도는 제어될 수 있다(상기 방법(1)). 결정화가 결정화 최고속도에 도달하는 온도 근처의 온도에서 시작되면, 많은 결정핵이 생성된다. 핵생성 단계 이후의 단계에서, 결정성장 속도는 냉각 속도를 제어함으로써 제어될 수 있다(방법 (2)). 냉각 속도가 느리면, 구정의 크기가 크고, 또 냉각 속도가 빠르면, 구정의 크기는 작다. 즉, 구정의 크기는 배향막을 결정화시키는 단계에서 온도를 제어함으로써 제어될 수 있다. 따라서, 한 개 화소에서 형성된 구정의 수가 제어될 수 있다. 화소에서 액정의 배향은 적합한 수의 부분으로 분할될 수 있으므로 불균일이 없는 상이 표시될 수 있다.
유기물질로 제조된 배향막은 유기물질 결정화의 최고속도의 온도 이상이고 융점 이하의 초기 냉각 온도 Yo℃로부터 냉각이 개시되도록 하는 방식으로 냉각되며, 기판 온도 Y℃는 냉각시간 t가 경과한 후 유기막의 유리전이 온도와 동일하거나 또는 그 이하인 온도에 도달한다. 냉각은 유기막의 결정화에서 냉각속도가 0.1(℃/분)a3.5(℃/분)이고 또 기판온도의 임의 변화가 Y = Yo - at 이도록 하는 방식으로 제어된다. 유기막의 결정화에서 냉각속도가 이렇게 제어되면, 유기막이 요철상태의 표면 또는 평탄한 표면을 갖는 하층에 형성되는 경우에 배향막에서 구정의 직경은 1㎛ 이상 및 200㎛ 이하로 제어될 수 있다. 적합한 직경의 구정을 얻기 위하여, 유기막의 결정화에서 냉각속도를 제어하는 방법 및 요철상태의 하지를 형성하는 방법이 독립적으로 또는 조합되어 사용될 수 있다.
[비교예 4]
실시예 11의 배향막들(9, 11)의 냉각속도(a)를 0.05℃/분 내지 3.8℃/분으로 설정하면서 배향막을 형성시켰다. 구정의 크기를 실시예 11에서와 동일한 방식으로 편광현미경으로 관찰하고 표 2에 나타낸 결과를 얻었다. 3.8℃/분의 냉각속도는 너무 높은 것으로 밝혀졌고 구정은 형성되지 않았다. 본 실시예의 액정표시장치(1)의 표시 특성을 평가하였다. 그 결과 불균일이 확인되었다.
[비교예 5]
냉각공정의 개시시의 기판 온도를 100℃에서 2시간 동안 유지시킨 다음 0.4℃/분의 냉각속도에서 냉각되도록 실시예 11의 배향막들(9, 11)의 형성방법을 변경하였다. 구정의 크기를 실시예 11에서와 동일한 방식으로 편광 현미경으로 관찰하고 표 2에 나타낸 결과를 수득하였다. 본 실시예에서는 기판온도가 냉각공정의 개시시의 값 보다 낮은 온도에서 소정 기간 동안 유지된 후 0.4℃/분의 냉각속도로 냉각이 실시되기 때문에, 구정은 형성되지 않았다. 본 실시예의 액정표시장치의 표시특성을 평가하였다. 화상에서 불균일이 관찰되었다.
상기로부터, 실시예 11에 따르면, 구정은 배향막의 결정화 속도를 제어하는 것에 의해 1㎛ 이상 200㎛ 이하의 적합한 크기를 갖도록 제어될 수 있다. 그 결과, 본 실시예는 시야각 특성이 우수하고 불균일이 없는 고화질의 액정표시장치를 제공할 수 있다.
[실시예 12]
본 실시예에서는 감광성 고분자를 사용하여 액정을 배향시키기 위한 수단이 형성된다. 배향막의 재료로서는 감광성 고분자막(OFR-800, 도쿄 오카 고교 컴패니 리미티드 제품)이 사용되었다. 광마스크를 이용하여 감광성 고분자 막을 자외선에 부분적으로 조사시켰다. 이후 현상 및 린싱 단계를 실시하여 기판의 표면상에 광마스크의 패턴과 일치하는 조도를 갖는 액정배향막을 형성시켰다. 본 실시예에서 사용된 포토마스크의 패턴(51)을 제11(a)도에 도시한다. 제11(a)도에 도시된 패턴은 한 개의 화소에 대응되며, 동심원인 한 개 이상의 투명 영역(52)과 한 개 이상의 광 차단영역(53)을 갖는다.
이렇게 형성된 배향막을 갖는 한쌍의 기판을 사용하여 액정표시장치를 제조한다. 액정재료로서는 ZLI-4792(머크 앤드 컴패니 인코포레이티드 제품, 나선 피치를 90°로 고정시킨 것임)가 사용되었다. 직경 5.5㎛를 갖는 플라스틱 비이드를 사용하여 액정층의 두께를 제어하였다. 실시예 8 내지 11에서와 동일한 방식으로 수득한 액정표시장치는 시야각 및 반전에 따라서 콘트라스트 변화가 없는 탁월한 시야각 특성을 갖고 있었다.
화소를 1 내지 200㎛의 유닛으로 분할하는 것이 바람직하다. 분할된 화소 유닛이 200㎛ 보다 크면, 인간의 눈은 시야각이 특정 각에서 손상되는 부분을 인식하므로 불균일이 분명하게되고 따라서 표시특성을 저하시키게 된다. 화소를 분할하는 유닛이 1㎛ 이하이면, 액정 분자는 기판의 조도에 따라서 배향될 수 없으므로 본 발명의 효과를 감소시키게 된다.
화소의 분할 수에 따라서, 흔히 사용되는 액정표시소자의 화소는 50 내지 1,000㎛의 크기를 갖기 때문에, 상술한 분할된 화소 유닛에 따라서 5 내지 50부분으로 화소를 분할하는 것이 바람직하다. 예컨대 제11(b)도는 화소가 16 부분으로 분할된 경우를 도시한다. 각 화소를 16개 부분으로 분할하여 수득한 부분(54) 각각은 제11(a)도에 도시한 바와 같은 동심원 형상을 갖는다. 따라서 이 경우 광마스크는 화소부분이 16개로 분할되고 또 각 부분이 동심원적으로 배열된 투명영역과 광 차단영역을 갖는 구조를 갖는다. 바람직하게는, 각 분할 유닛이 한 방향에서 배향상태로 고정된 액정표시소자의 액정층은 3개 이상의 배향방향을 가지므로 시야각 특성은 더욱 전방향성을 갖게된다. 각 화소가 4개 부분으로 분할되고 또 그 부분들이 4개의 상이한 배향방향으로 배향되는 배향막을 수득하기 위하여, 예컨대 광마스크(55)는 투명영역(56)과 광차단 영역(57)을 구비하여 4개의 상이한 배향방향이 제11(c)도에 도시된 바와 같이 수득된다. 한 개 화소가 2개의 방향으로 분할되면, 반전이 시야각 특성중에 발생되는 영역이 존재하므로 시야각 특성의 문제는 여전히 해결되어야할 문제로 남게된다. 따라서, 3개의 상이한 배향방향으로 고정하는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 제조 및 시야각 특성의 용이성을 모두 고려해 볼 때, 배향방향의 수는 화소의 분할수와 일치하도록 4 내지 6이다.
본 실시예에서는 광마스크를 이용하여 광학 조사함으로써 액정 배향층이 형성되었다. 배향막에 대하여 3개 이상의 방향으로 방향지워진 돌기부를 갖는 패턴을 압축함으로써 실시예 5에서와 동일한 방식으로 액정배향층을 형성시킬 수 있다. 본 명세서에서 용어 3개 이상의 방향은 방사상 형태, 동심원 형태, 접선형태, 랜덤 형태 등을 포함한다. 엄격하게 말해서, 방사상 형태, 동심원 형태 및 접선 형태는 중앙대칭적이다. 그러나 본 명세서에서는 방사상 형태, 동심원 형태, 접선 형태는 중앙대칭이 아닌 것도 포함한다.
[실시예 13, 14, 15, 16, 17 및 18]
하기 실시예에서는 높는 콘트라스트를 갖고 착색현상이 없는 표시를 얻기 위한 광학 구조를 설명할 것이다. 실시예 13에서와 같이, 제1도에 도시된 액정표시장치(1)를 제조하였다. 본 실시예에서는 투명전극(8, 10)들에 의해 형성된 화소들이 매트릭스 형태로 배향된 액정표시장치가 제조되었다. 배향막(9, 11)의 적어도 한 개는 각 화소에 대한 한 개 이상의 구정을 갖는다. 액정층(5)으로서는 키럴 도펀트를 함유하는 네마틱 액정이 사용되었다. 편광판들(3, 4)은 이들의 투광축이 서로 수직하도록 하는 방식으로 배열된다.
액정표시장치(1)의 액정층(5)의 트위스트 각을 90°로 유지하면서, 액정층(5)의 두께(셀 두께) d와 액정재료의 굴절률 이방성 Δn의 곱인 d·Δn는 200 내지 700nm의 범위에서 변화되고 광투과율의 변화도 관찰되었다. 트위스트 각은 액정층에서 상하 기판상의 액정배향의 방위각의 차이이다. 기판표면과 평행하는 평면에서 액정배향의 방위각은 기판과 직교하는 방향을 따라 트위스트되어있다. 제12도는 광투과율의 d·Δn 의존성을 도시한다. 제12도로부터 알 수 있듯이(실시예 샘플 61, 62, 63, 64, 65 및 66 및 비교예 샘플 61 및 62), 광투과율은 d·Δn 변화에 따라서 다르고 또 d·Δn이 450nm이면 최대값을 갖는다는 것이 밝혀졌다.
실시예 14에서, 액정층의 트위스트 각을 90°로 유지하면서 액정표시장치의 d·Δn을 700 내지 1,500nm 범위로 유사하게 변경하였다. 광투과율은 제13도에 도시한 바와 같이 변화되었고(실시예 샘플 71, 72, 73, 및 74 및 비교예 샘플 71, 72, 73, 및 74), d·Δn이 1,250nm 일 때 최대값을 갖는다는 것이 밝혀졌다.
또한 실시예 15에서는 액정층의 트위스트 각을 270°로 유지하면서 액정표시장치의 d·Δn를 200 내지 1,000 nm의 범위로 변경하였다. 광투과율은 제14도(실시예 샘플 81, 82, 83 및 84와 비교예 샘플 81, 82, 83 및 84)에 나타낸 바와 같이 변하며 d·Δn이 650nm일 때 최대값을 갖는다는 것이 밝혀졌다.
또한, 실시예 16과 같이 d·Δn이 450nm에서 유지되는 동안 액정표시장치 액정층의 트위스트각은 0°내지 180°의 범위로 변한다. 광투과율은 제15도(실시예 91, 92, 93 및 94와 비교예 샘플 91, 92, 93 및 94)에 나타낸 바와 같이 변하며 액정층의 트위스트각이 90°일 때 최대값을 갖는다는 것이 밝혀졌다.
또한, 실시예 17과 같이, d·Δn이 1,250nm에서 유지되는 동안 액정표시장치 액정층의 트위스트각은 0°내지 180°의 범위에서 유사하게 변한다. 광투과율은 제16도(실시예 샘플 101, 102, 103 및 104와 비교예 샘플 101, 102 및 103)에 나타낸 바와 같이 변하며 액정층의 트위스트각이 90°일 때 최대값을 갖는다는 것이 밝혀졌다. 또한, 실시예 18와 같이, d·Δn이 650nm에서 유지될 때 액정표시소자 액정층의 트위스트각은 180°내지 360°의 범위에서 유사하게 변한다. 광투과율은 제17도(실시예 샘플 111, 112 및 113과 비교예 샘플 111, 112, 113 및 114)에 나타낸 바와 같이 변하며 액정층의 트위스트각이 270°일 때 최대값을 갖는다는 것이 밝혀졌다.
실시예 13 내지 18의 액정표시장치에서, 인가된 전압이 거의 0V인 경우에 광투과율은 액정층의 트위스트각 및 액정 물질에 특유한 굴절률 이방성(Δn) 및 액정층 두께(d)의 곱에 의해 결정된다. 이것은 실시예 13 내지 18의 액정표시장치에서, 광학 회전력과 TN형, STN형 등의 종래 액정표시장치와 동일한 방법으로 두 개의 편광판사이에 협지된 액정층의 복굴절률을 이용하여 두 편광판의 흡광도를 조정함으로서 광투과율이 조절된다는 사실에도 기인한다. 화질에 많은 영향을 주는 우수한 블랙 상태가 되도록 하기 위해서는, 그 사이에 액정층이 위치하는 두편광판을 광투과율 축이 서로에 대해 직각이 되도록(즉 노멀리 화이트) 배향시키는 것이 바람직하다. 편광판이 다른 방법으로 배향되었을 때에도, 본 발명 표시 장치를 제조할 수 있다. 이하, 투광축이 서로 수직이 되도록 두 편광판이 배향된 경우에 액정표시장치의 광투과율과 상기 두 매개변수(트위스트각 및 d·Δn) 사이의 관계를 기술한다.
(트위스트각이 일정한 경우)
실시예 13 및 14의 액정표시장치에서, 액정층의 트위스트각을 90°로 유지하는 동안 d·Δn을 200 내지 1,500nm으로 변화시킬 때, d·Δn이 450nm 및 1,250nm인 경우에 광투과율은 최대값을 갖는다. d·Δn값이 이 영역에서 적정화될 때, d·Δn이 200nm 이상이고 300nm 미만인 영역, d·Δn이 650nm보다 크고 1,000nm보다 작은 영역, 및 d·Δn이 1,400nm보다 크고 1,500nm보다 작은 영역에서 광투과율이 저하되고, 화상의 색은 적색(650 내지 800nm, 1,400 내지 1,500nm), 청색(200 내지 300nm, 800 내지 900nm), 및 녹색(900 내지 1,000nm)이다. 따라서, 실시예는 표시 소자용으로 부적합하다.
따라서, 트위스트각은 90°이고 d·Δn은 200 내지 1,500nm의 범위에 있으며, 액정표시소자로서 본 실시예가 만족스럽게 사용될 수 있는 범위는 광투과율이 최대값을 나타내는 450nm를 포함하는 300 내지 650nm, 또는 광투과율이 최대값을 나타내는 1,250nm를 포함하는 1,000 내지 1,400nm이고, 더 바람직하기로는 350 내지 550nm 또는 1,100 내지 1,300nm이다.
실시예 15의 액정표시장치에서, 액정층의 트위스트각을 270°로 유지하면서 d·Δn을 200 내지 1,000nm로 변화시킬 때, d·Δn이 650nm일 때 광투과율은 최대값을 갖는다. d·Δn이 550nm 이하이거나 800nm 이상일 때, 광투과율은 저하되고, 화상의 색은 청색(200 내지 550nm), 및 적색(800 내지 1,000nm)이다. 따라서, 이 실시예는 표시소자용으로 부적합하다.
따라서, 트위스트각이 270도 근처에 있고 d·Δn이 200 내지 1,000nm 일 때, 액정표시소자로서 본 실시예가 사용될 수 있는 범위는 광투과율이 최대값을 나타내는 650nm를 포함하는 550 내지 800nm이고, 더 바람직하기로는 600 내지 750nm이다.
(d·Δn이 일정한 경우)
실시예 16의 액정표시장치에서, d·Δn을 450nm로 유지하는 동안 액정층의 트위스트각을 0 내지 360°의 범위에서 변화시킨다. 트위스트각이 45°보다 작거나 150°보다 클 때, 광투과율이 저하되고 화상의 색은 황색(0°내지 45°) 및 청색(150°내지 360°)이다. 그러므로, 이 실시예는 표시 소자용으로 부적합하다. 따라서, d·Δn이 450nm 근처에 있고 트위스트각이 0°내지 360°의 범위에 있을 때, 액정표시소자로서 본 실시예가 사용될 수 있는 범위는 45°내지 150°이고, 더 바람직하기로는 75°내지 150°이다.
실시예 17의 액정표시장치에서, d·Δn을 1,250nm로 유지하면서 액정층의 트위스트각을 0°내지 360°의 범위로 변화시킨다. 트위스트각이 45°보다 작거나 150°보다 클 때, 광투과율이 저하되고 화상의 색은 청색(0°내지 45°, 200 내지 360°) 및 황색(150°내지 200°)이다. 그러므로, 이 실시예는 표시소자용으로 부적합하다. 따라서, d·Δn이 450nm 근처에 있고 트위스트각이 0°내지 360°의 범위에 있을 때, 액정표시소자로서 실시예가 사용될 수 있는 범위는 45°내지 150°이고, 더 바람직하기로는 75°내지 150°이다. 따라서, d·Δn이 450nm 근처에 있고 트위스트각이 0°내지 360°의 범위에 있을 때, 액정표시소자로서 이 실시예가 사용될 수 있는 범위는 45°내지 150°이고, 더 바람직하기로는 75°내지 105°이다.
실시예 18의 액정표시장치에서, d·Δn을 650nm로 유지하면서 액정층의 트위스트각을 0 내지 360°의 범위로 변화시킨다. 트위스트각이 240°이하이거나 300°이상일 때, 광투과율이 저하되고 화상의 색은 자주색(0°내지 45°), 적색(45°내지 105°), 황색(105°내지 240°), 및 청색(330°내지 360°)이다. 그러므로, 이 실시예는 표시 소자용으로 부적합하다. 따라서, d·Δn이 650nm 근처에 있고 트위스트각이 0°내지 360°의 범위에 있을 때, 액정표시장치로서 본 실시예가 사용될 수 있는 범위는 240°내지 300°의 범위에 있을 때, 액정표시장치로서 본 실시예가 사용될 수 있는 범위는 240°내지 300°이고, 더 바람직하기로는 225°내지 285°이다.
실시예 13 내지 18을 상세히 기술한다. 먼저, 실시예 13의 실시예 샘플 61 내지 66 및 비교예 샘플 61 내지 62를 기술한다. ITO 투명 전극(산화 인듐 및 산화 주석의 혼합물, 두께:50nm)이 구비되어 있는 유리 기판(두께:1.1mm)상에, 실시예 8 내지 12 중 어느 하나와 동일한 방법으로 배향막을 제조한다. 그 후에, 기판 한 쌍을 사용하여, 하기 표 3에 나타낸 값에서 셀 두께 d를 스페이서로 유지시킴으로써 액정 셀을 구성한다.
액정 재료로서, ZLI-4792(S-811에 따라 부가되며 각 셀의 셀 두께에 따라 상부 및 하부 기판 사이 액정의 트위스트각이 90°로 설정되도록 조정되는 머크 앤드 컴패니 리미티드 제품)를 액정 셀에 주입하여 액정표시장치를 구성한다.
이렇게 제조된 액정표시장치를 편광 현미경으로 관찰하면, 제2도에 나타난 바와 같은 액정의 배향에 의한 패턴(쉴리렌 패턴)이 관찰된다. 이러한 현상의 원인은 액정층의 기판 사이에 있는 액정 분자가 기판 상에 형성된 고분자막의 구정(球晶)에 따라 배향되는데 있다.
전압이 인가되지 않았을 때 제조된 액정표시장치의 d·Δn 및 광투과율의 특성이 제12도에 나타나 있다. 이 경우에, 투광축이 서로 일치하도록 두 편광판(셀에 부착된 것과 동일한 종류)을 평행으로 함께 부착시킴으로써 실현되는 광투과율을 광투과율 100%로 설정시킨다.
액정표시장치에 따라서, 실시예 13의 실시예 샘플 및 비교예 샘플 모두에 있어서, 배향막에 적합한 크기의 구정이 제공되고, 따라서 액정이 다중 축 방향으로 배향된다. 따라서, 시야각 특성이 우수하고 해결해야 할 TN 셀의 문제인 반전이 관찰되지 않았다. 실시예 13의 실시예 샘플에서, 콘트라스트가 크고 투과 광은 착색되지 않았다.
다음, 실시예 14의 실시예 샘플 71 내지 74, 및 비교예 샘플 71 내지 74를 기술한다. 액정표시장치의 기판을 실시예 13과 동일한 방법으로 제조한다. 액정표시장치를 실시예 13과 동일한 방법으로 구성한다. 하기 표 4에 나타낸 바와 같은 각 실시예 샘플 및 비교예 샘플에 대해 셀 두께를 선정하여 표 4에 기술한 바와 같이 Δn·d을 만든다.
이 경우에, 실시예 샘플 및 비교예 샘플 액정표시장치의 액정 내 키럴제(S811)의 비율을 조정하여 각 셀의 두께에 따라 트위스트각이 90°로 설정되도록 한다. 액정 물질을 각 셀에 대해 제조하고, 액정 물질을 각 셀에 주입하여 액정표시장치를 구성한다.
이렇게 제조된 액정표시장치를 편광 현미경으로 관찰하면, 제2도에 나타낸 바와 같은 액정의 배향에 기인하는 패턴(쉴리렌 패턴)이 관찰된다. 이러한 현상의 원인은 액정층의 기판 사이에 있는 액정 분자가 기판 상에 형성된 고분자 막의 구정에 따라 배향되는데 있다.
전압이 인가되지 않았을 때 제조된 액정표시장치의 광투과율이 제13도에 나타나 있다. 이 경우에, 투광축이 서로 일치하도록 두 편광판(셀에 부착된 것과 동일한 종류)을 평행으로 함께 부착시킴으로써 이루어진 광투과율을 광투과율 100%로 설정한다.
액정표시장치에 따라서, 실시예 14의 실시예 샘플 및 비교예 샘플 모두에 있어서, 실시예 13과 동일한 방법으로 했을 때, 시야각 특성이 우수하고 해결해야 할 TN 셀의 문제인 반전이 관찰되지 않았다. 실시예 13의 샘플에서, 콘트라스트가 크고 투과광은 착색되지 않았다.
이어서, 실시예 15의 실시예 샘플 81 내지 84 및, 비교예 샘플 81 내지 84을 기술한다. 액정표시장치의 기판을 실시예 13와 동일한 방법으로 제조한다. 액정표시장치를 실시예 13과 동일한 방법으로 구성한다. 하기 표 5에 나타낸 바와 같은 비교예 샘플 및 각 실시예 샘플에 대해 셀 두께 d를 선정하여 표 5에 기술한 바와 같이 Δn·d를 만든다.
이 경우에, 실시예 샘플 및 비교예 샘플의 액정표시장치의 액정 내 키럴제(S811)의 비율을 조정하여 각 셀의 두께 d에 따라 트위스트각이 270°로 설정되도록 한다. 액정 재료를 각 셀에 대해 준비하고, 각 셀로 주입하여 액정표시장치를 구성한다.
이렇게 제조된 액정표시장치를 편광 현미경 하에 관찰하면, 제2도에 나타난 바와 같은 액정의 배향에 의한 패턴(쉴리렌 패턴)가 관찰된다. 이러한 현상의 원인은 액정층의 기판 사이에 있는 액정분자가 기판 상에 형성된 고분자 막의 구정에 따라 배향되어 있는데 있다.
실시예 13과 동일한 방법으로 측정을 하면, 제14도에 나타나 있는 d·Δn의 의존성을 얻을 수 있다.
액정표시장치에 따라서, 실시예 15의 실시예 샘플 및 비교예 샘플 모두에 있어, 시야각 특성이 우수하고 TN 셀에 있어서 해결되지 않은 반전 현상이 관찰되지 않았다. 실시예 15의 실시예 샘플에서, 콘트라스트가 크고 투과광은 착색되지 않았다.
또한, 실시예 16의 실시예 샘플 91 내지 94, 및 비교예 샘플 91 내지 93을 기술한다. 실시예 13와 동일한 구성 및 주입 방법으로 액정표시장치를 제조한다. 액정층의 셀 두께 d(4.8㎛)에 따라 하기 표 6에 나타낸 바와 같은 트위스트각이 되도록 액정 내 키럴제(S811)의 비율을 조정한다.
이 셀을 실시예 13과 동일한 방법으로 구성한다. 셀 두께 d에 대해, 많은 셀부터 선정된 4.8㎛의 셀을 사용한다. 이로부터 d·Δn은 450nm이 된다.
실시예 13과 동일한 방법으로 측정을 하면, 제15도에 나타나 있는 광투과율의 트위스트각 의존성을 얻을 수 있다.
액정표시장치에 따라서, 실시예 16의 실시예 샘플 및 비교예 샘플 모두에 있어, 배향막에 적합한 크기의 구정이 제공되고, 따라서 액정을 다중 축 방향으로 배향한다. 따라서, 시야각 특성이 우수하고 반전이 관찰되지 않았다. 실시예 16의 실시예 샘플에서, 콘트라스트가 크고 투과 광은 착색되지 않았다.
또한, 실시예 17의 실시예 샘플 101 내지 104, 및 비교예 샘플 101 내지 103을 기술한다. 실시예 13과 동일한 구성 및 주입 방법으로 액정표시장치를 제조한다. 액정층의 셀 두께 d(13.2㎛)에 따라 하기 표 7에 나타낸 바와 같은 트위스트각이 되도록 액정 내 키럴제(S811)의 비율을 조정한다.
실시예 14와 동일한 방법으로 액정표시장치를 구성한다. 셀 두께 d에 대해, 많은 셀로부터 선정된 두께 13.2㎛의 셀을 사용한다. 이로부터 d·Δn은 1,250nm이 된다.
실시예 14와 동일한 방법으로 측정을 하면, 제16도에 나타나 있는 광투과율의 트위스트각 의존성을 얻을 수 있다.
액정표시장치에 따라서, 실시예 17의 실시예 샘플 및 비교예 샘플 모두에 있어, 시야각 특성이 우수하고 반전이 관찰되지 않았다. 실시예 17의 샘플에서, 콘트라스트가 크고 투과광은 착색되지 않았다.
또한, 실시예 18의 실시예 샘플 111 내지 113, 및 비교예 샘플 111 내지 114를 기술한다. 실시예 13과 동일한 구성 및 주입 방법으로 액정표시장치를 제조한다. 액정층의 셀 두께(6.9㎛)에 따라 하기 표 8에 나타낸 바와 같은 트위스트각이 되도록 액정 내 키럴제(S811)의 비율을 조정한다.
이 액정표시장치를 실시예 15와 동일한 방법으로 구성한다. 셀 두께 d에 대해, 많은 액정표시장치로부터 선정된 두께 6.9㎛의 것을 사용한다. 이로부터 d·Δn은 650nm이 된다.
실시예 15와 동일한 방법으로 측정을 하면, 제15도에 나타나 있는 광투과율의 트위스트각 의존성을 얻을 수 있다.
액정표시장치에 따라서, 실시예 18의 실시예 샘플 및 비교예 샘플 모두에 있어, 시야각 특성이 우수하고 반전이 관찰되지 않았다. 실시예 18의 샘플에서, 콘트라스트가 크고 투과광은 착색되지 않았다.
실시예 13 내지 18에 기술된 바와 같이, 액정 표시 셀에 주입된 액정 내 상부 및 하부 기판 사이의 배향 트위스트각은 45 내지 150도이며 액정 물질의 굴절률 비등성 Δn 및 셀 두께 d의 곱은 300 내지 650nm이고, 트위스트각이 45 내지 150도이며 Δn·d가 1,000 내지 1,400nm인 액정표시장치 또는 트위스트각이 240 내지 300도이며 Δn·d가 550 내지 800nm인 액정표시장치에서, 콘트라스트가 크고 투과 광은 착색되지 않았다.
상술한 바와 같이, 액정 배향막용 하지층의 조도에 의해 배향막의 구정이 적합하게 성장한다. 이렇게 해서, 배향막에는 적합한 직경의 구정이 있으며, 배향막에서 구정의 표면 상태에 따라 방사상으로 배향된 부분이 형성된다. 방사상으로 배향된 액정층의 액정 분자는 여러 방향으로 배향된다. 그 결과, 제조된 액정 표시 소자에는, 시야각 의존성이 거의 없다. 하지의 조도 정도에 따라, 화상에 요철이 생기지 않도록 구정의 적정 크기를 조절하는 것이 가능하다. 표면 조도는 1.4 내지 2.8nm가 바람직하다. 하지에 입자를 증착시키거나 또는 하지를 부식시킴으로써 요철 형태의 조도를 쉽게 형성시킬 수 있다.
또한, 결정 핵으로서 고분자 블렌드중 고분자 1성분을 사용하여 수 많은 결정핵을 생성시킬 수 있다. 따라서, 화상에 요철이 생기지 않도록 구정의 적정 크기를 조절할 수 있다.
게다가, 결정 속도가 최대가 되는 온도 근처에서 그 온도로부터 결정화 반응을 개시하여 수 많은 결정핵을 생성시킬 수 있고, 냉각 속도를 조정함으로써 구정의 결정 성장 속도를 조절할 수 있다. 따라서, 요철을 방지하는 구정의 적정 크기를얻을 수 있다.
결정의 트위스트각, 및 굴절률 이방성 Δn와 셀 두께 d의 곱 Δn·d가 트위스트각 및 곱 Δn·d에 대해 광투과율 특성의 최대 값 근처 범위에 있도록 설정될 때, 콘트라스트가 크고 투과광은 착색되지 않았다.
[실시예 19]
액정표시장치의 시야각 특성을 향상시키기 위해 3 이상의 다른 방향으로 액정을 배향시키는 방법으로서, 본 발명자들은 고분자 분산형 액정(PDLC)을 사용하는 액정표시소자에서 고분자 벽을 사용하는 방법을 발견하였다. 이하, 이 방법을 기술한다. 본 발명자들은 PDLC 형태의 액정표시장치의 액체 결정성 상에서 랜덤 또는 방사상으로 액정 도메인을 배열하기 위해 고분자 매트릭스의 수평 영역(기판에 평행인 영역)에 관심을 가졌고, PDLC에 고분자 벽의 형성도가 감소될때에도, 수평 영역의 구조를 조절함으로써 액정 도메인을 방사상, 격자상 또는 랜덤하게 배열할 수 있다는 것을 밝혀냈다.
제18도는 본 발명 실시예의 TN형 액정표시소자(111)의 단면도이다. 예컨대, TN형 액정표시소자(111)은 액정층(114)이 한쌍의 유리 기판(112 및 113) 사이에 놓인 구조를 갖는다. 한 기판(112)에는, 매트릭스 형태로 복수의 화소 전극(115)이 형성된다. 또 다른 기판(113)에는, 공통 전극(116)이 형성된다. 기판(112) 및 (113)에는 고분자 막(117, 118)이 각각 형성된다. 고분자막(117, 118)의 형태는 하기에 기술된다. 각 화소(119)는 화소 전극(115), 공통 전극(116), 및 화소 전극(115)와 공통 전극(116) 사이의 액정층(114)중 하나에 의해 구성된다. 이하, 실시예의 액정표시소자(111)를 제조하는 방법이 기술된다.
한쌍의 표시 기판(120, 121)은 화소 전극(115) 및 공통 전극(116)을 형성함으로써 제조할 수 있으며, 이들은 한 쌍의 유리 기판(112) 및 (113)(판 두께:1.1mm)상에, ITO(필름 두께:50nm)로 제조된 투명 전극이다. 한 쌍의 표시 기판(120, 121)은 스페이서(표시되지 않음)에 의해 셀 두께 6㎛를 유지하면서 조합되어 셀을 구성한다. 스페이서는 구형, 실린더형 또는 섬유상일 수 있고 직경이 6㎛이다. 이 셀은 스페이서에 의해 표시 기판(120, 121) 한 쌍이 서로 분리된 구조를 갖는다. 밀봉하기 위해 표시 기판(120) 및 (121)의 주변 영역에 밀봉제를 부가한다.
제조된 셀의 상부 면에, 제19도에 도시되어 있는 포토마스크(125)를 배치한다. 포토마스크(125)는 복수의 직사각형 차광 영역(122)이 매트릭스 형태로 형성되어 있는 구조를 가지며, 투명 영역(123)은 차광 영역(122) 사이에서 형성되고, 예컨대 원형인 투명 홀(124)은 각 차광 영역(122)의 중심 영역에서 형성된다.
셀에서, 광경화성 수지 물질(예컨대, R-684(니뽕 가야쿠 주식회사 제품):스티렌:이소보르닐 메타크릴레이트 = 10:5:85) 0.1g, 액정물질, 예컨대 ZLI-4792(S-811 0.4중량%를 포함하는 머크 주식회사 제품) 1.9g, 및 광개시제, 예컨대 Irugacure 651 0.0025g을 혼합한다. 특히, 투명 상태(35℃)의 혼합물을 셀에 주입한다. 동일 온도를 유지하면서, 20초 동안 조사 싸이클(UV선을 1초간 조사하고 10초 동안 조사를 중지)을 실행한다. 셀 위치에서의 광 세기는 10mW/cm 이다. 평행 광선을 만들기 위한 광원으로서 고압 수은 램프를 사용하고 포토마스크(125)의 도트패턴쪽으로부터 조사를 실행한다. 그 후에, 10분간 UV 광선을 조사하고, 포토마스크(125)를 치운 다음 10분간 더 조사하여 혼합물의 광경화성 수지 혼합물질을 경화시킨다.
이렇게 액정층(114)이 셀의 유리 기판(120, 121)사이에 형성된 액정표시소자(111)를 편광 현미경 하에 관찰한다. 상부 및 하부 표시 기판(120) 및 (121)사이에 부분적으로 존재하는 광경화성 수지 물질을 경화시킨 결과 고분자 벽이 형성되었을 지라도, 전체적으로, 이러한 고분자 벽이 거의 없는 구조가 제18도에 도시되어 있다. 상기 소자에서, 제20도에 도시되어 있는 바와 같이, 액정 도메인은 방사상 방법에 의해 부분적으로 형성된다.
이하, 액정표시소자(111)의 각 화소의 구조를 상세히 기술한다. 제20도는 액정표시소자(111) 일부를 보여주는 평면도이고, 제21(a)도는 제20도 단면선 A-A로부터 본 단면도이며, 제21(b)도는 제20도 단면선 B-B로부터 본 단면도이다. 각 화소 전극(115)을 거의 커버하는 범위에서 각 화소(119)가 형성된다. 각 화소(119)의 범위내에서 고분자 막(117, 118)에, 각 화소(119)의 거의 중심 영역에서 돌기부(126)이 형성된다. 각 화소(119)의 주변 영역에서, 주변 영역을 따라 거의 계속 상승되는 부분인 리지(127)이 형성된다. 돌기부(126) 및 리지(127) 사이에서, 방사상 또는 비교적 랜덤한 방법으로 복수개의 방사상 리지(128)가 형성된다. 돌기부(126), 리지(127), 및 방사상 리지(128)사이의 영역에서, 비교적 얇은 박막 부분(129)이 전극(115) 및 (116)상에 형성된다. 박막 부분(129)은 액정층(114)의 액정 분자용 배향 막으로서 작용한다.
각 화소(119)의 범위 내 액정층(114)에서, 박막 부분(129)에 대응하는 부분에서 액정 도메인(130)이 형성되며 돌기부(126), 리지(127), 및 방사상 리지(128)에 대응하는 부분에서, 이러한 돌기부 및 리지의 형태에 대응하는 방사상 또는 비교적 랜덤한 방법으로 디스클리네이션(131)이 형성된다.
서로 수직 교차하는 편광축을 갖는 편광판이 이렇게 제조된 액정표시소자(111)의 양쪽에 각각 접착됨으로써 액정층(114)이 고분자 막(117, 118)의 중간에 놓인 액정표시소자(111)가 형성된다. 이렇게 제조된 액정표시소자(111)의 전기광학 특성이 하기 표 9에 나타나있다. 표 9의 하프 톤 반전 컬럼에서, 부호 ○는 반전이 일어나지 않는 상태를 나타내며 부호 X는 반전이 쉽게 관찰되는 상태를 나타내고 부호 △는 반전이 거의 관찰되지 않는 상태를 나타낸다.
[비교예 6]
실시예 19에서 사용되는 셀에 혼합물을 주입하는데, 이 혼합물은 경화성 수지(R-684(니뽕 가야쿠 주식회사 제품):스티렌:이소보르닐 메타크릴레이트 = 10:5:85)) 0.15g, 액정 재료 0.85g, ZLI-4792(S-811 0.4중량%를 함유하는 머크 앤드 컴패니 리미티드 제품), 및 광 개시제, Irugacure 651 0.0025g이 혼합된 것이다. 그 다음, 실시예 19와 동일한 방법으로, 액정층(114)이 고분자 막(117) 및 (118)사이에 놓인 액정표시소자가 제조된다. 그 특성이 하기 표 9에 나타나 있다.
[비교예 7]
상기한 셀에서, 경화성 수지 0.001g, 액정 물질 1.2g, 및 광개시제 0.0025g, Irugacure 651의 혼합물을 혼합하여 사용함으로써 액정표시소자를 제조한다.
하기 표 9에서, 히스테리시스는 액정층(114)의 구동 전압 투과 곡선에서 투과율 변화가 50%에 이를 때 상승 및 하강 과정에서 구동 전압간의 차이로서 정의되며, 두 편광판의 편광축이 서로 평행하게 배열되었을 때의 값을 100%로 설정시킨 동안 광투과율을 측정한다.
제22(a)도 내지 제22(c)도는 본 실시예의 액정표시소자(111)의 단면도이다. TN형 액정표시소자(111)에서, 예컨대 액정층(114)의 액정분자(114a)를 상술한 바와 같이 방사상 또는 랜덤한 방법으로 각 화소(119)에 배향시킨다. 전원(132)로부터 구동 전압을 인가할 때, 제22(c)도에 도시된 바와 같은 배향 상태가 유지되는 동안 액정분자(114a)가 리지(127)를 따라 상승한다. 하프톤 화상이 표시될 때 액정분자(114a)가 상승된다. 따라서, 액정분자(114a)를 제22(b)도에 도시된 바와 같이 방사상 또는 랜덤한 방법으로 화소(119)의 중심 부분에 대해 경사지게 한다. 도면에 도시된 바와 같이 비교적 넓은 각에 의해 서로 분리된 화살표 A 및 B로 의해 표시되어 있는 방향에서 액정분자(114a)가 관찰되며, 피상 굴절률이 동등해진다. 이는 방향 A 및 B로부터 보았을 때 화상의 콘트라스트를 동등하게 하고, 이에 의해 화상의 반전과 같은 비정상적 표시가 일어나는 것을 방지해준다. 그 결과로, 액정표시소자(111)의 시야각 특성이 현저하게 개선된다.
상기한 바와 같이, 실시예에서, 액정 물질, 광경화성 수지, 및 광개시제의 혼합물을 액정표시소자(111)의 한 쌍의 표시 기판(120, 121)사이에 주입하고 각 조사 영역이 액정표시소자(111)의 각 화소(119)에 거의 대응하는 면적을 갖는 약한 조사 영역의 광으로 조사한 다음 광경화성 수지를 경화시킨다. 실시예에서, 혼합물에 부가되는 광경화성 수지량은 종래의 PDLC에서보다 더 적은 양으로 설정한다. 이는 광경화과정 중에, 액정 표시 셀의 표시 기판(120, 121)의 상부 및 하부사이에 고분자 벽이 거의 없는 액정표시소자(111)를 제조할 수 있게 해준다.
한 쌍의 표시 기판(120, 121)사이의 혼합물에서, 조사 영역의 광경화성 수지는 중합 반응을 하게 되며, 조사 영역의 혼합물에서 미반응된 수지의 농도는 저하된다. 혼합물 내의 농도 경사에 따라 물질이 이동된다. 혼합물의 이동 도중에, 중합 반응은 산란광 및 반사광에 의해 부분적으로 일어난다. 물질 이동(mass transfer)은 각 화소(119)의 중심으로부터 화소(119) 주변의 조사 영역쪽으로 일어나며, 따라서 고분자 막(117) 및 (118)은 한 쌍의 표시 기판(120, 121)에서 각각 형성된다.
본 실시예의 액정표시소자(111)의 각 화소 전극의 액정층(114)에서, 액정 분자(114a)는 랜덤 또는 방사상 방법으로 배향된다. 종래의 TN형 액정 셀과는 달리, 전압이 인가될 때 액정분자가 한 방향으로 배향되는 것이 방지된다. 하프톤 화상이 표시될 때, 특히 피상 굴절률은 본 발명의 액정표시소자의 모든 투시 방향에서 거의 동일하며, 따라서 액정의 시야각 특성이 매우 향상된다.
본 실시예의 액정표시소자(111)에서, 한 쌍의 표시 기판(120, 121)사이에서 고분자 벽이 연장되지 않으므로, 액정분자(114a)의 상호작용이 저하된다. 이는 액정분자(114a)의 반응 속도를 증가시키고 전기광학 특성의 히스테리시스를 감소시킬 수 있다.
이렇게 해서, 본 실시예의 액정표시소자(111)에 따라, 화상의 휘도가 개선될 수 있고 화질이 현저하게 개선된다. 게다가, 제조 방법도 간편해질 수 있다.
광 시야각을 이용하여, 본 발명의 액정표시소자를 플랫 표시 장치, 예컨대, 퍼스널 컴퓨터, 워드 프로세서, 오락 장치, 또는 텔레비젼 수상기에서 특별히 사용할 수 있다. 셔터 효과를 이용하여, 본 액정표시소자는 여러 표시 판자, 창, 벽 등에 사용할 수 있다. 많은 고분자 벽으로 둘러싸인 액정 마이크로셀이 셀 내에 존재하며, 본 실시예의 액정표시소자는 큰 외력을 견디어 낼 수 있다는 특징을 가지고 있다. 따라서, 이 소자를 팬 입력 장치용 액정표시소자로서 사용할 수 있다.
[실시예 20]
본 발명자들은, 고분자 벽에 의해 둘러싸인 액정 영역을 갖는 액정표시소자 내 액정층과 기판 사이에 배향막이 형성될 때, 액정 영역에 복수의 액정 도메인이 방사상 또는 격자상으로 배열될 수 있으며, 고분자 막이 액정 도메인으로 들어가는 것을 방지할 수 있고, 구동 전압의 오프기간 동안 광투과율이 향상될 수 있으며, 구동 전압이 인가될 때 라인이 보이지 않는 방향으로 디스클리네이션 라인이 배열될 수 있다는 것을 밝혀내었다.
이하의 실시예에 기술되는 바와 같은 배향막은 도메인의 배열을 결정할 수 있는 도메인 제어 수단으로서 작용한다. 하기의 실시예에서, 액정층에는 복수의 액정 도메인이 있으며, 배향막은 액정 도메인 경계에서 생겨나는 디스클리네이션 라인의 방향과 액정의 배향도 결정한다.
제23도는 본 발명의 실시예의 액정표시소자(211)의 단면도이다. 액정표시소자(211)는 표시용 화소 복수개가 매트릭스 형으로 배열되어 있고 표시 매체 층(233)은 한쌍의 유리 기판(216, 217)사이에 놓여있다. 유리 기판(217)에는, 화소 전극(224)이 매트릭스 형으로 또는 액정표시소자(211)의 화소에 각각 대응하는 위치에 형성된다. 복수의 화소 전극(224)에는, 도메인 제어수단으로 작용하는 돌기부(219)가 매트릭스형으로 형성된다. 기타 유리 기판(216)에는, 예컨대, 복수의 스트라이프형 공통 전극(225)이 형성된다. 각 공통 전극(225)에는, 돌기부(219)와 유사한 형태의 돌기부(218) 복수개가 돌기부(219)의 위치와 유사한 곳에서 형성된다.
배향막(220, 221)은 유리 기판(216, 217)상에 형성되어 화소 전극(224) 및 공통 전극(225)을 각각 커버할 수 있다. 실시예의 변형에서, 배향막(220, 221)을 형성시킬 필요가 없다. 밀봉하기 위하여 밀봉제(223)를 유리 기판(216, 217)의 주변 영역에 부가한다. 유리 기판(216, 217)의 바깥면에 편광판(213, 214)을 각각 접착시킨다. 각 화소(226)에 대해, 표시 매체 층(233)에는 고분자 벽(232)에 둘러싸인 액정 영역(222)이 포함된다. 각 화소(226)는 화소 전극(224), 공통 전극(225), 및 화소 전극(224) 및 공통 전극(225)사이의 액정 영역(222)에 의해 구성된다. 편광판(213) 및 (214)을 접착하여 액정표시소자(211)을 제조한다. 구동 회로(227)를 액정표시소자(211)의 공통 전극(218) 및 화소 전극(219)에 접속시킴으로써 액정표시장치(212)를 구성한다. 구동 회로(227)로부터 전극(224, 225)으로 구동 전압이 공급되어 각 화소(226)의 단위로 수행된다.
이하, 본 실시예의 액정표시소자(211) 제조 방법을 기술한다.
제24도는 본 실시예의 액정표시소자(211) 제조에서 사용되는 포토마스크(228)의 평면도이고, 제25도는 본 실시예의 제조 방법을 예시하는 단면도이며, 제26도는 돌기부(218, 219)의 평면도이고, 제27도는 제26도의 단면선 X5-X5로부터 본 단면도이며, 제28도는 본 실시예에서 사용되는 또 다른 포토마스크(229)의 평면도이다.
유리 기판(두께:1.1mm)에, ITO막(산화 인듐 및 산화 주석의 혼합물, 막 두께:50nm)을 형성시키고 패턴처리하여 투명 전극으로서 공통 전극(225) 및 화소 전극(224)를 제조한다. 전극(224, 225)이 각각 포함되어 있는 한 쌍의 유리 기판(216, 217)상에 스핀 피복법으로 예컨대 두께 1㎛의 막에 포토레지스트를 도포하여 제25도에 도시된 바와 같은 포토레지스트막(230)을 제조한다.
그 다음, 차광 영역(228a)이 8방향으로 방사 연장되어 있고, 포토레지스트막(230)이 노출, 현상 및 경화과정을 거치는 형태를 포함하는 포토마스크(228)를 사용하여, 제26도 및 제27도에 나타난 형태를 포함하는 돌기부(218, 219)가 기판(216, 217)상에 각각 형성된다. 그 후에, 예컨대, 직경이 6㎛이고, 구형, 실린더형 또는 섬유상인 스페이서를 유리 기판(216, 217)의 주변 영역에 밀봉제(223)를 부가한다. 한 쌍의 유리 기판(216, 217)을 서로 접착시켜 유리 기판(216, 217)의 배향막(220, 221)간의 거리인 두께를 동일화하는 동안 표시 셀이 만들어지도록 한다.
포토마스크(229)는 제조된 표시 셀에 접착시킨다. 제28도에 도시된 바와 같이, 포토마스크(229)에는 액정표시소자(211)의 각 화소(226)에 대한 차광 영역(229a), 및 화소(226)간의 영역에 대응하는 부분에 투명 영역(229b)이 포함되어 있다. 차광 영역(229a)의 피치는 액정표시소자(211)의 화소(226)의 배열 피치와 동일하다. 이 경우에, 각 화소(226)에 대한 차광 영역(229a)의 중심이 제25도에 나타나 있는 돌기부(218, 219)의 중심과 거의 일치하도록 포토마스크(229)를 배치한 다음 셀에 접착시킨다.
셀에서, R-684(니뽕 가야쿠사 제품) 0.1g, 스티렌 0.05g, 이소보르닐 메타크릴레이트 0.85g, 액정 물질 4g, ZLI-4792(S-811 0.4중량%를 포함하는 머크사 제품) 및 광개시제, Irugacure 651 0.0025g의 혼합물에 액정 혼합물을 부가한다. 특히, 투명상태(35℃)의 이 혼합물을 한 쌍의 유리 기판(216, 217) 사이에 주입한다. 동일 온도에서 셀을 유지시키면서, 20초 동안 싸이클(UV선을 1초간 조사하고 30초동안 조사를 중지)을 실행한다. 셀 위치에서의 광 세기는 10mW/cm 이다. 평행 광선을 제조하기 위한 광원으로서 고압 수은 램프를 사용하고 포토마스크(229)의 도트 패턴쪽으로부터 조사를 실행한다. 그 후에, 10분간 UV선을 조사하고, 광학 마스크(229)를 치운 다음 10분간 더 조사하여 혼합물의 광경화성 수지 혼합물을 경화시킨다. 이렇게 제조된 액정표시소자(111)을 편광 현미경으로 관찰한다. 그 결과, 액정표시소자는 포토마스크(229)의 도트 패턴의 규칙성, 즉 화소(226)의 규칙성과 동일한 규칙성을 가지며 한 쌍의 유리 기판(216, 217)에 형성된 돌기부(218) 및 (219)에 대응하는 영역에서 각 화소(226)에 대한 액정 도메인에 디스클리네이션 라인이 형성되는 것이 관찰된다. 이렇게 해서, 본 실시예의 액정표시소자(211)이 제조된다.
제23도에 도시된 바와 같이, 이렇게 제조된 액정표시소자(211)의 양쪽에 서로 직각으로 교차하는 편광축을 포함하는 두 편광판(213, 214)을 부착시킴으로써 각 화소(226)에 대한 액정 영역(222)이 고분자벽(232)에 의해 둘러싸인 액정표시소자(211)를 제조한다. 이렇게 제조된 액정표시소자(211)의 전기광학 특성 측정에서 얻은 결과 중에, 전압 오프 기간 중의 광투과율 및 하프톤 표시의 반전 존재가 하기 표 10에 나타나 있고 제29도에 시야각 특성이 나타나 있다. 제29(a), (b), (c), (d) 및 (e)도는 액정표시소자(211)를 법선, 12시, 3시, 6시 및 9시 방향으로부터 보았을 때 얻은 광투과율과 인가 전압사이의 관계를 보여주는 그래프이다. 제29(f)도는 광투과율을 측정하는 구성을 예시하는 사시도이다.
표 10의 하프 톤 표시의 반전 컬럼에서, 부호 ○는 반전이 일어나지 않는 상태를 나타내며 부호 X는 반전이 쉽게 관찰되는 상태를 나타내고 부호 △는 반전이 거의 관찰되지 않는 상태를 나타낸다.
제30도는 종래의 TN형 액정표시소자의 시야각 특성을 보여주는 그래프이다. 제30(a), (b), (c), (d) 및 (e)도는 액정표시소자(211)를 법선, 12시, 3시, 6시 및 9시 방향에서 보았을 때 얻은 광투과율과 인가 전압사이의 관계를 보여주는 그래프이다. 제30(f)도는 광투과율을 측정하는 구성을 예시하는 사시도이다. 표 10에서 보면, 본 실시예의 액정표시소자(211)에서, 제30도에 나타낸 시야각 특성을 갖는 종래의 TN형 액정표시소자(표 10의 비교예 8)에서 보이던 표시의 반전, 및 전압 포화시 큰 시야각에서의 광투과율 증가가 관찰되지 않는다.
이하, 실시예 20에 설명된 본 발명을 기술한다. 본 발명에 따라, 고분자 벽으로 둘러싸인 액정 영역을 포함하는 액정표시소자에서, 도메인 제어 수단으로 작용하는 배향막이 기판 및 표시 매체 층사이에서 형성되어 복수의 액정 도메인이 액정 영역에서 방사상으로 또는 격자상으로 배열될 수 있고, 고분자 막이 액정 도메인으로 들어가는 것을 방지하며 구동 전압의 오프 기간에서 광투과율을 향상시킬 수 있고 구동 전압이 인가될 때 라인이 거의 보이지 않는 방향으로 디스클리네이션 라인이 배열될 수 있다.
(디스클리네이션 라인의 방향 및 위치의 제어법)
(1) 첫째 방법은 하기 제조 방법을 따르는 것이다. 제26도에 나타낸 바와 같이, 셀 제조시에, 한 쌍의 기판 중 적어도 하나에 배향막을 형성시켜, 예컨대 화소중심에 대해 방사상으로 배열된 요철 영역을 갖게 한다. 그 후에, 한 쌍의 기판을 조합하여 셀을 구성한다. 그 다음, 액정, 광경화성 수지, 광개시제 등을 함유하는 혼합물을 셀에 주입하고, 포토마스크를 셀에 접착시킨 후 이 혼합물을 포토마스크를 통해 광에 노출시킨다. 이때, 각 화소의 요철 영역 및 각 화소의 중심에 대응하는 영역을 각 화소에 대한 포토마스크 영역의 중심 영역과 일치하도록 배치시키고, 노출 과정의 광 조사 기간에 포토마스크의 차광 영역외의 영역에서 중합반응을 일으켜 광중합성 수지가 소모되어 광중합성 수지의 농도에 경사가 생긴다. 이로인해 중합반응이 계속되어 광경화 수지가 혼합물 내에서 포토마스크의 중심에 대응하는 영역으로부터 포토마스크의 가장자리에 대응하는 영역으로 이동하게 된다. 사용된 기판이 포토마스크의 각 화소 영역의 중심으로부터 가장자리로 연장되는 영역에서 편평할때에도, 조도를 갖는 고분자막이 기판에 형성될 수 있다.
본 발명에 따라, 조도를 갖는 고분자 막의 위치 및 형태를 인위적으로 조절하기 위해서, 고분자 막이 형성되기 전에 요철 영역이 기판에서 방사상, 격자상 또는 허니컴모양으로 형성된다. 이 구조에서, 디스클리네이션 라인은 요철 영역의 조도형태 등에 따라 각 화소에 대해 선택적으로 형성된다. 이 선택적 형성이 이용되었을 때, 방사상 및 격자상중 적어도 하나의 형태로 적어도 하나의 액정 영역을 인공적으로 배열할 수 있다.
액정 영역의 형태 및 배향 방법에 대해, 제40도와 제41도에 보인 바와 같이 두 가지 경우가 있다. 제40도에 보인 경우에 있어서, 액정 영역들은 방사상으로 배치되며, 액정영역들간의 디스클리네이션 라인의 일부는 편광축의 방향에 평행하게 되도록 배향된다. 제41도의 경우에는 액정분자의 동심상 배향을 갖는 복수의 액정정역들이 있고, 상기 액정 도메인 사이의 디스클리네이션 라인들이 대체로 편광판의 편광축 방향으로 배향된다. 상기 양자의 경우에 액정분자들이 거의 전방향성으로 배향되기 때문에 액정표시소자의 시야각 특성이 향상된다. 또한, 디스클리네이션 라인들이 사라져 전압의 인가시 블랙레벨이 향상된다.
(2) 제33도에 도시된 제2방법에 있어서, 다결정을 갖는 박막이 도메인 제어수단으로 기판의 표면에 형성되며, 방사상 또는 격자상으로 기판 등을 사용하여 액정 도메인 영역들이 형성된다. 상기 방법에 있어서, 중합시 형성된 조도를 갖는 고분자막이 기판상의 다결정들의 배향상태를 따라 형성된다. 액정에 있어서, 액정 배향 방향에 평행한 방향으로의 표면 장력은 상기 액정 배향 방향외의 표면 장력과 상이하다. 따라서, 디스클리네이션 라인들은 액정 도메인들이 방사상으로 형성될 수 있도록 다결정의 배향 상태를 따라 형성된다.
(거의 보이지 않는 디스클리네이션 라인들의 제조방법)
(1) 액정 영역들이 전방향으로 배향되는 배향 상태중에, 액정 영역들이 각 화소에 대해 방사상으로 배향되는 상태는 액정 영역중 가장 작은 배향 변화를 나타낸다. 이는 액정 영역들 간에 형성된 디스클리네이션 라인들이 저전압에서 사라지도록 하여 전압의 인가시 블랙 레벨이 향상되어 콘트라스트가 향상되게 한다.
(2) 선들의 방향을 편광판의 편광축과 거의 일치하도록 함으로써 디스클리네이션 라인들이 거의 보이지 않게 될 수 있다. 이 경우에, 각 화소의 중심부에 대해, 디스클리네이션 라인들은 편광판의 편광축으로부터 ±30°의 범위에 위치될 수도 있다. 이는 요철들을 따라 형성된 디스클리네이션 라인들이 상기 요돌기부와 동일하게 편광판의 편광축으로부터 ±30°의 범위내에 형성되도록 하여, 전압의 인가시 디스클리네이션 라인들이 사라지도록 하여 블랙 레벨을 향상시킨다. 또한, 이는 화상의 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.
디스클리네이션 라인들이 30°또는 그 이상으로 편광측으로 부터의 방향으로 벗어났을 때, 전압의 인가시 디스클리네이션 라인들이 보이지 않게 된다. 상기 편차는 ±10°내로 될 수도 있다. 상기 편차가 60°에 달할 때, 디스클리네이션 라인의 방향은 다른 편광판의 편광축의 방향에 대해 상기 범위 ±30°에 들어간다.
[비교예 8]
실시예 20과 동일하게 화소 전극(224), 공통 전극(225), 및 돌기부(218, 219)들을 갖는 유리 기판위에 실시예 20과 동일한 배향막(220, 221)이 형성된다. 그 후, 나일론포를 사용한 러빙 공정이 실시된다. 실시예 20과 마찬가지로, 상기 배향막(220, 221)의 배향 방향이 직교하도록 한쌍의 유리 기판을 서로 접합시켜 표시셀을 구성한다. 실시예 20과 마찬가지로, 상기 제조된 표시셀 내로, ZLI-4792(0.4중량%의 S-811 함유)를 주입하여 액정표시장치를 제조했다. 두 편광판들의 편광축들이 서로 수직인 상태에서 액정표시장치 셀의 양 측에 각각 접합하도록 편광판들을 액정 표시 셀에 접합하여, 종래의 TN형 액정표시소자를 구성한다.
상기에 따라 형성된 액정표시소자의 전기적 특성에 대해, 전압 오프 기간의 광투과율 및 하프톤 표시의 반전의 존재를 표 10에 나타내고, 상술한 시야각 특성을 제30도에 나타냈다.
상기 실시예의 액정표시소자(211)의 액정층(233)에 있어서, 액정분자들은 랜덤 또는 방사상으로 배향된다. 따라서, 종래의 TN형 액정표시셀과 달리, 액정분자들은 전압의 인가시 한 방향으로 배향되지 않게 된다. 특히, 하프톤 화상이 표시될 때, 겉보기 굴절율들은 본 발명의 액정표시소자의 모든 가시 방향에서 거의 동일하게 되어, 액정셀의 시야각 특성이 매우 향상된다. 마찬가지로, 본 실시예의 액정표시소자(211)에 의하면, 화상의 밝기가 향상되고 화질이 매우 향상된다. 또한, 제조 방법이 단순화될 수 있다.
제35도는 실시예 20에 있어서 고분자 재료의 도포막의 화소 대응부(235)의 평면도이다. 변형예에 있어서, 화소(226)를 위해 형성된 화소 대응부(235)는 제35도에 도시된 형상을 갖는 돌기(250)가 형성된 구성을 가질수도 있다. 상기 변형예의 화소 대응부(235)의 돌기(250)는 크로스 형상을 갖는 크로스부(251) 및 상기 크로스부(251)에 의해 한정된 4개 부분의 각각에 형성된 복수의 L자형 벤딩부(252)를 포함한다.
상기와 같은 구성을 갖는 돌기부(250)들은 앞의 실시예에 기술한 것들과 동일한 효과를 얻을 수 있다.
제36도는 실시예 20의 다른 변형예에 있어서 도포막의 화소 대응부(235)의 평면도이고, 제37도는 상기 화소 대응부(235)의 단면도이다. 상기 변형예에 있어서, 상기 고분자 재료로 제조되고 각 화소용으로 형성되는 화소대응부(235)는 제36도 내지 38도에 도시한 원추 형상으로 될 수도 있다. 상기 변형예의 화소대응부(235)에 있어서, 주변부(261)의 막두께는 중심부보다 두껍다. 상기 화소대응부(235), 실시예 20의 돌기부(218, 219)와 유사하고 제26도에 보인 평면도를 각각 갖는 복수의 돌기부(260) 및 원추대형들이 화소대응부(235)의 중심부와 함께 방사상으로 형성된다.
상기 구성을 갖는 돌기부(260)도 앞의 실시예들에 기술된 것들과 동일한 효과를 갖는다.
상기 돌기부(218, 219, 260)의 높이는 유리 기판(216, 217)의 조도의 높이가 더해졌을 때에도 상기 유리 기판(216, 217)상의 배향막(220, 221)사이의 거리인 셀두께보다 작도록 설정되는 것이 바람직하다. 상기 돌기부(218, 219, 260)들의 높이가 셀두께와 같거나 그보다 클 때, 이들 돌기부(218, 219, 260)는 유리 기판(216, 217) 사이에 벽 또는 기둥을 형성한다. 이는 고분자 재료가 화소(226)에 들어오는 것과 같은 상태를 유발하여 전압 오프 기간의 광투과율을 저하시킨다. 바람직한 것은 상기 높이들이 셀두께의 30% 이하인 것이다. 상기 돌기부(218, 219, 260)의 높이는 균일하지 않아도 된다.
한 화소의 돌기부들은 상술한 바와 같은 원추형상으로 형성되는 구성이 보다 바람직한 바, 그 이유는 액정분자들이 한 화소에서 경사각과 방사상으로 배향되기 때문이며, 이에 따라 액정표시소자(211)의 시야각 특성이 더욱 향상된다.
[실시예 21]
본 발명의 실시예 21을 설명하면 다음과 같다. 본 실시예는 상술한 실시예 20과 비슷하며, 실시예 20과 유사하거나 대응되는 부분들은 같은 도면 부호를 부여했다. 본 실시예에 있어서, 실시예 20과 같은 화소 전극(224), 및 공통 전극(225)을 갖는 2개의 유리 기판(216, 217)이 사용된다. 실시예 20에 사용된 것과 같은 혼합물을 상기 제조된 표시셀내로 주입하고, 그 혼합물을 제31도에 보인 형상을 갖는 포토마스크(234)를 사용하여 자외선으로 조사하고 노광, 현상 및 경화공정을 실시한다. 포토마스크(234)는 제23도에 보인 액정표시소자(211)의 각 화소(226)에 대한 차광부(234a) 및 상기 화소들(226) 사이의 영역에 대응하는 부분에 투명부(234b)를 갖는다.
각 화소(226)에 대해 배치된 각 차광부(234a)의 중심부에는 예컨대 원형의 투명공(234c)이 형성된다. 포토마스크(234)의 차광부(234a)의 피치는 액정표시소자(211)의 화소(226)의 배열 피치와 같다. 포토마스크(234)는 각 화소(226)에 대한 차광부(234a)가 제25도에 보인 돌기부(218, 219)이 중심과 거의 일치하도록 위치된 다음, 부착된다.
상기 제조된 액정표시소자는 편광현미경으로 관찰했다. 포토마스크(234)의 차광부(234a)에 대응하는 영역에, 고분자 재료로 만들어진 고분자 섬이 상기 영역의 중심부에 형성되며, 액정영역들은 상기 고분자 섬을 중심으로 하여 방사상으로 배열된다. 액정표시소자를 두 개의 기판(216, 217)으로 분리시킨 후, 액정재료를 아세톤으로 세척하고 기판을 건조시켰다.
제32(a)도는 고분자 재료로 만들어진 도포막의 화소 대응부의 사시도이고, 제32(b)도는 도포막의 화소대응부의 단면도이다. 건조 공정이 실시된 유리 기판(216, 217)상의 고분자 재료로 제조된 도포막을 레이저 주사 현미경을 통해 관찰했다. 그 결과, 고분자 재료로 만들어진 도포막의 화소 대응부(235)에 있어서, 복수의 돌기부(237)들이 중심부에 고분자 재료를 중심으로 방사상으로 연장되어 있는 것이 확인되었다. 또한, 도포막의 화소 대응부(235)는 그 두께가 주변부에서 보다 두껍고 중심부를 향해 이동하면서 점차로 감소하는 소위 원추형상을 갖는 것이 확인하였다.
상기 원추형상은 다음과 같이 실현될 수 있다. 포토마스크(234)의 투명부(234b)와 투명공(234c)을 통해 자외선으로 조사되는 혼합물의 상기 부분에 다른 부분보다 일찍 또는 신속히 광경화성 수지를 경화시킨다. 이는 혼합물의 농도 구배를 야기한다. 상기 혼합물의 조사영역은 동심상 구배 또는 주변부를 향해 중심부로부터 반경방향을 따라 이동한다. 조사 영역의 이동시, 포토마스크(234)의 차광부(234a)에 의해 자외선으로부터 차광된 혼합물의 복수의 영역에 있어서, 상기 영역내로의 광누출에 의해 혼합물의 광경화성 수지의 일부에 중합반응이 일어난다. 따라서, 고분자 재료로 된 도포막의 화소대응부(235)는 상술한 원추 형상을 갖는다.
본 실시예의 액정표시소자의 전기광학 특성의 측정결과를 표 10에 나타냈다. 표 10으로부터, 본 실시예의 액정표시소자에 있어서 제30도에 보인 시야각 특성을 갖는 종래의 TN형 액정표시소자(표 10의 비교예 8)에 나타난 표시의 반전이 일어나지 않고, 전압 포화시 높은 시야각에서의 투과율의 증가가 관찰되지 않았다. 특히, 본 실시예에 의하면, 상기 구성의 도포막이 광의 조사에 의해 자동적으로 형성되어 제조공정이 단순화될 수 있는 효과를 제공한다.
[실시예 22]
본 발명의 제22실시예를 설명하면 다음과 같다. 본 실시예는 상술한 실시예와 비슷하며, 앞의 실시예와 유사하거나 대응되는 부분들은 동일한 도면 부호를 부여했다. 본 실시예에 있어서, 실시예 20과 같은 전극(224, 225)을 갖는 유리 기판(216, 217)위에 2중량%의 나일론 66을 함유하는 o-크렌실 용액을 스핀 코팅법으로 코팅하여 고분자 박막을 형성하였다. 고분자 박막이 형성된 유리 기판을 170℃에서 1시간 동안 정치시킨후 8시간 동안 서서히 실온까지 냉각시켰다. 고분자 박막이 형성된 유리 기판을 편광 현미경으로 관찰한 결과 제33도에 나타내고 직경 L1(예, 20 내지 60㎛)을 갖는 복수 개의 평면 구정(238)이 기판상에 형성되었다. 이 관찰에 의하면, 도메인 제어 수단으로서 작용하는 각 평면 구정(238)은 4섹터 영역에 대향하는 한 쌍의 섹터 영역을 갖는 한 쌍의 소멸 패턴(239)을 갖는다. 상기 섹터 영역은 원주 방향으로 각각의 평면 구정(238)을 4부분으로 동일하게 나눔으로써 얻어진다. 그후, 제23도에서 나타낸 바와 같이 배향막(220, 221)을 유리 기판(216, 217)상에 각각 형성시킨다. 밀봉제를 유리 기판(216, 217)의 주변에 밀봉시킨 후, 유리 기판(216, 217)을 서로 혼합하여 표시셀을 형성하였다. 실시예 20에서와 동일한 혼합물을 표시셀에 주입시켰다.
혼합물이 주입되는 표시셀에 실시예 20에서와 동일한 조건으로 자외선을 조사시킴과 동시에, 제28도에 나타내고 실시예 20에서와 동일한 포토마스크(229)로 피복한다. 제조된 액정표시소자를 편광 현미경으로 관찰하였다. 그결과, 소자는 액정 도메인이 포토마스크(229)의 차광 영역(229a)에 각각 해당하는 유리 기판(216, 217) 사이의 영역에 쉽게 배열되는 구조를 가졌다. 액정 도메인의 방사상 구조는 평면 구정(238)을 따라 부분적으로 형성된 것 같다. 액정표시소자는 액체 질소 중에서 2개의 유리 기판(216, 217)으로 분리되고, 액정 물질은 아세톤으로 세척해 냈다. 그후, 건조 공정을 거친 유리 기판(216, 217)상의 고분자 필름을 레이저 주사 현미경으로 관찰하였다. 그 결과, 제34도에서 나타낸 바와같이 단위 영역(240)이 평면 구정(238)의 각각에 형성되고 각 단위 영역(240)에서 고분자 물질로 이루어진 복수 개의 릿지(241)가 각각의 평면 구정(238)을 따라 부분적으로 방사상 형태로 배열된 구조가 밝혀졌다.
한 쌍의 편광판은 편광축이 서로 수직을 이루어 액정표시소자를 형성하도록 상기 제조된 액정표시소자의 양측에 각각 접착되었다. 이렇게 제조된 액정표시소자의 전기 광학 특성은 표 10에 나타냈다.
상기 실시예는 상기 실시예 20에서와 똑같은 효과를 얻을 수 있었다.
[비교예 9]
실시예 20에서와 동일한 표시셀을 제조하고, 실시예 20에서 사용된 것과 동일한 혼합물을 표시셀에 주입시켰다. 혼합물을 표시셀에 주입시킨 후에, 표시셀이 상기 실시예에서 사용된 포토마스크에 피복되지 않는 것을 제외하고는 실시예 20에서와 동일한 방법으로 표시셀에 자외선을 조사시켰다. 한 쌍의 편광판은 고분자 분산형 액정표시소자가 제조되도록 상기 제조된 표시셀에 접착되었다. 이렇게 제조된 고분자 분산형 액정표시소자의 전기 광학 특성은 표 10에 나타냈다.
비교예에서, 입자형 액정 영역이 형성되었고, 표시 화상은 전체적으로 불균일하였다.
[실시예 23 및 24]
실시예 23이나 24에 따른 액정표시소자의 개략 구조는 제23도를 사용하여 설명된 실시예 20의 액정표시소자(211)의 구조와 유사하고, 그 단면도는 제23도와 동일하다. 따라서, 실시예 20의 액정표시소자(211)의 구성에 해당하는 실시예들의 액정표시소자의 구성들은 동일 도면 부호로 나타냈다.
이하, 실시예 23 및 24의 액정표시소자를 제조하는 방법을 설명한다.
유리 기판(두께:1.1 mm)상에, ITO막(산호인듐과 산화주석의 혼합물, 막 두께:50nm)을 형성시켜 투명 전극으로서 복수 개의 화소 전극(224)와 보통 전극(225)을 형성하도록 패턴화한다. 포토레지스트(ORD500, 도쿄오카고교사제품)을 스핀 코팅법에 의해 전극(224, 225)을 갖는 한 쌍의 유리 기판(216, 217)에 1㎛의 두께로 피복한다. 제39도에 나타낸 방사상의 포토마스크(270)(실시예 23)이나 제42도에 나타낸 형태로서 복수 개의 로우 차광부(281)와 복수개의 컬럼 차광부(283)을 갖는 포토마스크(280)(실시예 24)을 사용하여 노출, 현상 및 경화공정을 실시하였다. 제39(a)도는 크로스 차광부(271)를 나타내고, 제39(b)도는 X-형 차광부(272)를 나타낸다.
상기 공정을 거친 한 쌍의 유리 기판(216, 217)중에서, 이를테면 직경 6㎛의 구형, 원통형 또는 섬유형 스페이서를 그 표면에 분무시켰다. 밀봉제(223)을 돌기부(218, 219)가 각각 형성된 한 쌍의 유리 기판(216, 217)의 주변부에 도포하였다. 그 다음, 한 쌍의 유리 기판(216, 217)을 서로 접착시켜 표시셀을 형성함과 동시에 유리 기판(216, 217)상의 배향막(220, 221) 사이의 거리인 그 두께를 균일하게 하였다. 포토마스크의 중심부가 방사상 또는 격자상 포토마스크(270, 280)의 차광부(271, 272, 281, 283)에 해당하는 돌기부(273, 274, 282, 284)와 각각 일치하도록, 실시예 20에서 사용되고 제28도에 나타낸 포토마스크(229)를 상기 제조된 표시셀에 위치시킨다.
표시셀에서 R-684(니뽕가야꾸 사 제품) 0.1g, 스티렌 0.05g, 이소보르닐 메타크릴레이트 0.85g, 액정물질 4g, ZLI-4792(0.4중량%의 S-811을 함유하는 머크사 제품), 및 광개시제(Irugaure 651) 0.0025g을 혼합시켰다. 투명 상태(35℃)의 혼합물을 표시셀에 주입시켰다. 표시셀을 동일온도에서 유지시킨 다음, 자외선 조사-30초 정지과정을 20회 반복하였다. 셀의 위치에서 빛의 세기는 10mW/cm 이다. 수평 광선을 만들기 위한 광원으로서는 고압 수은 램프를 사용하고 포토마스크(270, 280)의 도트패턴측으로부터 조사하였다. 그후, 자외선을 10분동안 조사한 후, 포토마스크(229)를 제거한 후 10분 동안 더 조사함으로써 혼합물내의 광경화성 수지 물질을 경화하여 액정표시소자를 제조하였다.
제40도는 실시예23의 액정표시소자에 대한 평면도이고, 제41도는 실시예 24의 액정표시소자에 대한 평면도이다. 실시예 23 및 24에서 제조된 액정표시소자를 편광 현미경으로 관찰하였다. 그결과, 포토마스크(270, 280)의 차광부(271, 272, 281, 283)의 규칙성, 즉 화소(226)의 규칙성과 동일한 규칙성으로 액정 도메인(275)이 형성된 것을 확인하였다. 더우기, 유리 기판(216, 217)상에 형성된 돌기부(273, 274, 282, 284)에 해당하는 부분에 디스클리네이션 라인(276)이 형성된 것을 발견하였다.
실시예 23에서, 액정 도메인(275)이 방사상 방향으로 배열되고, 실시예 24에서는 액정 도메인(275)이 격자상이나 동심방향으로 배열되었음이 확인되었다. 더우기, 액정 도메인(275)에서, 제43도에 나타낸 배향 패턴이 관찰되었다. 이 배향 패턴으로부터 액정 분자가 동심 방향으로 배향되는 것으로 생각된다. 제43도는 실시예 24의 액정표시소자가 편광 현미경으로 관찰될 때 얻어진 상을 나타내는 개략도이다.
서로 수직 교차하는 편광축을 갖는 2개의 편광판을 실시예 23 및 24에서 제조된 액정표시소자의 양면에 접착시켰다. 특히, 실시예 23에서, 돌기부(273, 274)가 연장된 방향이 제40도에 나타낸 편광축(277, 278)과 일치하도록 서로 수직교차하는 편광축(277, 278)을 각각 갖는 한 쌍의 편광판을 접착시킨후, 액정 영역(222)이 제23도에 나타낸 고분자 벽(232)에 의해 둘러싸인 액정표시소자를 제조하였다. 실시예 24에서, 돌기부(282, 284)가 연장된 방향이 제41도에 나타낸 편광축(277a, 278b)과 일치하도록 서로 수직 교차하는 편광축(277a, 278b)을 각각 갖는 한쌍의 편광판을 접착시킨후, 액정 영역(222)이 제23도에 나타낸 고분자 벽(232)에 의해 둘러싸인 액정표시소자를 제조하였다.
상기 제조된 액정표시소자의 전기 광학 특성의 측정에서 얻어진 결과에서, 전압-오프 기간중의 광투과율과 하프톤 표시에서의 반전 존재 유무를 하기 표 11에 나타내고, 시야각 특성을 제44도에 나타냈다. 제44(a), (b), (c), (d) 및 (e)도는 액정표시소자(211)이 법선, 12시, 3시, 6시 및 9시 방향에서 볼 때 얻어진 광투과율과 인가된 전압간의 관계를 나타내는 그래프이다. 제44(f)도는 광투과율의 측정 구조를 예증하는 사시도이다.
표 11의 하프톤 표시에서의 반전 컬럼에서, '○'는 반전이 일어나지 않는 상태를 나타내고, 'X'는 반전이 쉽게 관찰될 수 있는 상태를 나타내고, 그리고 '△'는 반전이 거의 관찰되지 않는 상태를 나타낸다. 광투과율은 편광축이 서로 수직이 되도록 2개의 편광판이 배열될 때 얻어진 값을 고정하는 동안 100%로서 측정되었다.
표 11에서, 실시예 23 및 24의 액정표시소자에서 제45도에 나타낸 시야각 특성을 갖는 종래의 액정 TN형 액정표시소자(비교예 10)에서 나타난 표시의 반전이 발생하지 않고, 전압 포화시의 높은 시야각에서 광투과율이 증가되지 않는다.
[비교예 10]
실시예 20에서와 동일한 방법으로 전극(224, 225)이 형성된 유리 기판위에 실시예 20에서와 동일한 배향막(Se150, 닛산 케미컬 인더스트리스 제품)을 형성하였다. 그후, 나일론 천을 사용하여 러빙하는 공정을 실시하였다. 유리 기판이 서로 수직배향되도록 실시예 20에서와 동일한 방법으로, 문지르는 공정을 요철상태의 한 쌍의 유리 기판을 서로 접착시켜 표시셀을 구성시켰다. 실시예 20에서와 동일한 방법으로 상기 제조된 표시셀에 액정 물질, ZLI-4792(0.4 중량%의 S-811 함유)를 주입하였다. 서로 수직 교차하는 편광 축을 갖는 한 쌍의 편광판을 액정 물질이 주입된 표시셀의 양 측에 접착시켜 종래의 TN형 액정표시소자를 제조하였다. 비교예 10은 상기 비교예 8 및 9에서와 동일한 단점을 갖는 것으로 밝혀졌다.
종래에 제조된 액정표시소자의 전기 광학 특성은 상기 표 11에 나타냈으며, 시야각 특성은 상기 제45도에 나타냈다.
[실시예 25 및 비교예 11]
이하, 본 발명의 실시예를 설명한다. 본 실시예는 상기한 실시예 24와 유사하며, 실시예 24와 유사하거나 이에 대응하는 영역은 동일한 도면 부호로 표시되어 있다. 실시예에서, 화소 전극(225) 및 공통 전극(224)이 실시예 24와 동일한 방법으로 각각 형성되어 있는, 제23도에 도시되어 있는 두 유리 기판(216, 217)을 사용하여, 유리 기판(216, 217)에 제42도에 도시되어 있는 돌기부(282, 284)로 이루어진 격자형 돌기부를 형성시키고 실시예 24에서 수행된 것과 동일한 방법을 사용하여 표시 셀을 제조한다. 실시예 24와 동일한 조성의 혼합물을 사용하여 제23도에 도시된 바와 같은 고분자 벽(232)에 둘러싸인 액정 영역(222)이 포함되어 있는 액정표시소자를 제조한다.
편광축이 서로 수직 교차하는 두 편광판을 접착시켜 액정표시소자를 제조한다. 특히, 제41도에 도시되어 있는 편광판 중 하나의 편광축(277a), 및 격자상 돌기부이며 소정의 방향으로 연장되어 있는 돌기부(282, 284)에 의해 이루어진 각이 ±30°, 예컨대 25°(실시예 25) 또는 35°(비교예 11)의 범위에 있도록 두 편광판을 액정표시소자에 접착시킨다. 제조된 액정표시소자의 전기광학 특성이 하기 표 11에 나타나있다.
따라서, 실시예 25의 액정표시소자는 앞의 실시예에 기술한 바와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
편광판 중 하나의 편광축(277a) 및 격자상 돌기부의 돌기부(282) 또는 (284)에 의해 이루어진 각을 설정하고 소정의 방향으로 연장시켜 ±30°의 범위에 있도록 함으로써 이 우수한 전기광학적 특성을 얻을 수 있는 이유에 대해 하기에 설명한다.
제46도는 디스클리네이션 라인에 평행한 돌기부(282) 또는 (284)와 편광축(277a)에 의해 이루어지는 각 θ(도), 및 액정표시소자에 예컨대 7V의 전압이 인가될 때 얻은 광투과율 T사이의 관계를 나타낸다. 점 P1, P2 및 P3은 실시예 23 및 24와 비교예 11의 경우를 각각 나타낸다. 제46도에서 알 수 있듯이, 편광축과 디스클리네이션 라인에 의해 이루어진 각 θ가 상기한 바와 같이 +30도 내지 -30도의 범위내에 있을 때, 광투과율은 최소값을 갖는다. 각이 교차된 니콜 상태의 편광판 한 쌍의 편광축에 의해 이루어진 각의 절반인 45도일 때 광투과율은 최대값을 갖는다.
이렇게, 제46도에 나타난 현상은 θ=0°의 근처에서 디스클리네이션 라인이 거의 보이지 않는 현상에 해당된다. 각 θ가 0°를 포함하는 +30°내지 -30°의 범위내에 있을 때 실제적인 표시 중에 디스클리네이션 라인이 거의 보이지 않게할 수 있다.
[실시예 26]
상기한 실시예에서, 제39 및 42도에 도시되어 있는 돌기부(273, 274, 282)와 같은 디스클리네이션 라인을 생성하는 돌기부는 방사 형태, 격자 형태등 또는 서로 교차하는 복수 방향을 따라 형성된다. 실시예 26에서, 디스클리네이션 라인을 생성하는 돌기부가 생성되어 소정의 한 방향과 평행하게 연장된다. 본 실시예의 액정표시소자에 편광면의 편광축을 접촉시켜 돌기부가 연장되는 축과 만나도록 한다. 이렇게 형성된 액정표시소자는 상기 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다는 것이 확인된다.
이하, 실시예 26의 액정표시소자 제조방법을 설명한다.
실시예 24의 액정표시소자 제조방법과 동일한 방법으로, 직사각형 화소(226)를 유리 기판상에 놓고, 각 화소(226)에 있어서, 예컨대 화소(226)이 각각 가로 방향으로 3등분 되는 위치에서 제47도에 도시된 바와 같이 서로에 대해 평행인 직선 돌기부(290)가 형성된다. 돌기부(290)가 형성되는 한 쌍의 유리 기판이 실시예 24와 동일한 방법으로 조합되어 표시 셀이 제조된다. 실시예 24에서 사용된 것과 동일한 혼합물을 표시 셀에 주입한다.
제48도에 도시되어 있는 포토마스크(291)를 혼합물이 주입되는 표시 셀에 접착시킨다. 포토마스크(291)는 차광 영역(292)이 각 화소(226)에 대해 놓여있고 화소(226)가 매트릭스 형태로 배열되어 있는 형태로 대응하는 구조를 갖는다. 차광 영역(292) 사이에서 격자상으로 투명 영역(293)이 생성된다. 실시예 24와 동일한 방법에서, 포토마스크(291)의 도트 패턴의 한쪽으로부터 표시 셀에 자외선을 조사하여 제23도에 도시되어 있는 바와 같은 고분자 벽(232)에 둘러싸인 액정 영역(222)이 각 화소(226)에 대해 형성되는 액정표시소자가 제조된다.
제조된 액정표시소자를 광학현미경으로 관찰할 때, 제49도에 나타낸 바와 같이, 화소(226)에 대응하는 영역에서 액정 영역(222)이 형성되고 각 화소(226)가 3개의 액정 도메인(275)으로 구성된다는 것이 확인되었다. 또한, 각 액정 도메인(275)은 각 액정 도메인(275)내의 액정 분자가 방사상으로 배향되었음을 나타내주는 흡광 패턴(294)을 가지고 있음이 확인된다. 중심이 각 화소(226)의 중심과 만나는 교차 패턴으로 각 액정 도메인(275)에 대해 흡광 패턴(294)이 형성된다는 것이 확인된다. 또한, 각 화소(226)에 있어서, 액정 도메인(275)이 서로 평행하게 디스클리네이션 라인(295)사이에 형성된다는 것이 확인된다.
제49도에 도시되어 있는 바와 같은 편광판의 편광축(296) 또는 (297)중의 하나가 디스클리네이션 라인(295)에 평행하도록 한 쌍의 편광판을 제조된 액정표시소자에 접착시킨다. 제조된 액정표시소자의 전기광학적 특성을 실시예 23와 동일한 방법으로 특정한다. 전기광학적 특성의 측정 결과가 하기 표 12에 나타나 있다.
넓은 시야각을 이용함에 따라 특히 편평한 표시 장치, 예를들면, 퍼스널 컴퓨터, 워드프로세서, 오락기 또는 텔레비젼 수상기에 본 발명의 액정표시소자를 사용할 수 있다. 셔터 효과를 이용함으로써 각종 표시판, 윈도우, 벽 등에 본 발명의 액정표시소자를 사용할 수 있다.
수 많은 고분자 벽으로 둘러싸인 액정 마이크로셀이 셀에 존재하기 때문에, 본 실시예의 액정표시소자는 큰 외력을 견딜 수 있는 특성을 갖고 있다. 그러므로, 이 소자는 팬 입력 소자를 위한 액정표시소자로서 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 변형예를 설명한다.
(기판의 요철)
요돌기부(돌기부, 리지등)는 액정 도메인의 배향을 결정하는 중요한 요소이다. 수평 배향을 채택할 때, 화소는 화소의 중심으로부터 방사상으로 배향되는 3 내지 20 구획으로 바람직하게 분리된다. 화소가 그대로 또는 2구획으로 분리될 때, 액정 도메인은 안정하지 못하며, 디스클리네이션 라인은 또한 요돌기부 이외의 부분에서 형성되고, 그 결과 디스클리네이션 라인이 충분히 제어될 수 없다. 화소가 21개 이상의 구획으로 분리될 때, 중심부에 라인이 집중되어 실제 작동시에 문제를 야기시킨다. 이 경우에, 또한, 디스클리네이션 라인의 수는 증가되어 포화 전압에서의 블랙 레벨이 감소된다.
전압 인가시 거의 보이지 않는 디스클리네이션 라인을 만드는 방법으로서, 각 화소에 대한 돌기부가 편광판의 편광축에 대해 ±30°의 범위로 배향되므로써, 돌기부를 따라 형성된 디스클리네이션 라인은 돌기부와 마찬가지로 편광판의 편광축에 대해 ±30°의 범위로 형성된다. 이는 전압 인가시 디스클리네이션 라인이 거의 사라지게 할 수 있으므로, 전압 인가시 블랙 레벨이 개선되고 화상의 콘트라스트가 개선된다.
돌기부의 높이는 쌍을 이룬 유기기판들의 돌기부의 높이가 부가될 때, 셀 두께 보다 작도록 설정하는 것이 바람직하다. 돌기부의 높이가 셀 두께와 동일하거나 또는 크면, 돌기부는 고분자 물질로 제조된 벽 또는 컬럼을 형성한다. 이로써 고분자 물질이 화소에 들어갈 때와 동일한 상태로 되어 전압-오프 기간 동안 광투과율을 저하시킨다. 보다 바람직하게는, 돌기부의 높이는 셀 두께의 30% 이하이다. 돌기부의 막두께는 균일할 필요는 없다. 한 개 화소중의 돌기부는 상술한 바와 같이 원추형으로 형성될 수 있다. 이 구조는 한 개의 화소에서 액정분자가 프리틸트각을 갖도록 방사상으로 배향되어 액정표시소자의 시야각 특성이 더욱 향상되기 때문에 보다 바람직하다.
본 발명에서는 돌기부의 단면 형태가 상술한 실시예에서 적용된 형태에만 한정되는 것은 아니다. 제50(a)도에 도시한 바와 같이, 장방형 판상 돌기부(301)가 유기기판(300) 위에 형성될 수 있거나, 또는 제50(b)도에 도시한 바와 같이, 삼각형 돌기부(302)가 유기기판(300)위에 형성될 수 있다. 제50(c)도에 도시한 바와 같이, 반원형 돌기부(303)가 유기기판(300)위에 형성될 수 있다. 유기기판(300)의 표면을 부식수법 등에 의해 부분적으로 제거하는 것에 의해 형성된 홈이 이용될 수 있다.
본 발명에서는, 셀 두께를 부분적으로 감소시키고 또 기판과 돌기부 사이의 표면 에너지 차이를 나게 함으로써 디스클리네이션 라인의 위치 및 방향을 제어할 수 있다. 디스클리네이션 라인의 위치 및 방향을 제어함으로써 상술한 다양한 효과들을 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명에서 도메인 제어수단은 상술한 돌기부 또는 홈들에 의해 실현될 수 있다. 돌기부 및 홈들의 경우에서 단면 형상은 특정 형상에 한정되지 않는다.
돌기부의 재료로서는 고분자 물질과 같은 투명 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 패턴처리를 반드시 실시해야 하므로, 포토레지스트 및 감광성 폴리이미드와 같은 감광성 수지를 사용하는 것이 특히 바람직하다. 용매로써 희석된 고분자 물질을 기판상에 프린트하는 방법에 적용될 수 있다. 이 경우, 폴리이미드, 폴리스티렌, 폴리카르보네이트 또는 PMMA(폴리메틸 메타크릴레이트)와 같은 고분자 물질이 사용될 수 있다.
(다결정질을 갖는 박막)
나일론(나일론 6, 나일론 66, 나일론 12 등), 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리옥시메틸렌, 또는 폴리비닐 알코올의 공중합체 또는 폴리실리콘과 같은 과립 경계를 갖는 무기 물질과 같은 결정성 고분자 물질의 박막이 사용될 수 있다.
결정 배열을 갖는 상기 물질 및 고분자 모두가 배열에 따라 표면상에 형성된다. 따라서, 상기 물질들은 상술한 요철과 동일한 효과를 나타낸다.
(광경화성 수지)
유용한 고분자 물질은 광경화성 수지이다. 광경화성 수지의 예는 아크릴산 및 C3 이상의 장쇄 알킬기 또는 벤젠 고리를 갖는 아크릴 에스테르, 보다 특히 이소부틸 아크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 이소아밀 아크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, n-라우릴 메타크릴레이트, 트리데실 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, n-스테아릴 메타크릴레이트, 시클로헥실 메타크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 2-페녹시에틸 메타크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 및 이소보르닐 메타크릴레이트; 고분자의 물리적 강도를 향상시키기 위해 2개 이상의 관능기를 갖는 다관능성 수지, 예컨대 R-684(니뽕 가야꾸 컴패니 리미티드 제품), 비스페놀 A 디메타크릴레이트, 1, 4-부탄디올 디메타크릴레이트, 1, 6-헥산디올 디메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 테트라메틸올메탄 테트라아크릴레이트, 및 네오펜틸 디아크릴레이트; 및 보다 바람직하게는 상기 단량체들을 할로겐화, 예컨대 염소화 또는 플루오르화시켜 수득한 수지, 예컨대 2,2,3,4,4,4-헥사플루오로부틸 메타크릴레이트, 2,2,3,4,4,4-헥사클로로부틸 메타크릴레이트, 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 메타크릴레이트, 2,2,3,3-테트라클로로프로필 메타크릴레이트, 퍼플루오로옥틸에틸 메타크릴레이트, 퍼클로로옥틸에틸 메타크릴레이트, 퍼플루오로옥틸에틸 아크릴레이트, 및 퍼클로로옥틸에틸 아크릴레이트이다.
(광중합반응 억제제)
액정 영역의 크기를 증가시키기 위해, 중합반응을 억제하는 화합물을 상기 수지물질에 부가하는 것이 바람직하다. 억제제의 예로서는 라디칼이 생성된 후 공명계에서 라디칼을 안정화시킬 수 있는 단량체 또는 화합물을 들 수 있다. 상세하게는 스티렌, p-클로로스티렌, p-메틸스티렌, p-페닐스티렌 및 니트로벤젠이 바람직하게 사용된다.
(광개시제)
광개시제를 부가할 필요는 없다. 그러나 광중합반응을 효과적으로 실시하기 위하여 광개시제를 부가하는 것이 바람직하다. 유용한 광개시제는 Irugacure 651, 184, 907 또는 Darocure 1173, 1116, 2956과 같은 통상의 광개시제를 포함한다. 고분자 벽에 의한 액정 영역의 보유력을 향상시키기 위해, 가시광을 조사시키는 것에 의해 수지를 중합시키는 증감제가 사용될 수 있다.
각 화합물의 반응성에 따라서 광개시제의 부가량이 달라진다. 본 발명에서는 특히 한정되지 않지만, 부가량은 액정과 광경화성 수지 혼합물(액정 광경화성 수지 포함)의 5 내지 0.01%가 바람직하다. 광개시제의 부가량이 혼합물의 5% 이상이면, 액정과 중합반응에 의해 형성된 고분자 막의 상 분리 속도가 빨라져서 액정 영역의 크기를 소정 값으로 제어하기가 곤란하다. 이 때문에 액정 영역은 소형으로 되고 그 결과 구동전압이 크게 되어 화소에서 액정 영역의 비율이 저하되게 된다. 포토마스크가 액정 영역의 제조공정에 이용되면, 액정 영역은 액정표시소자의 화소들 사이의 영역에서 형성되므로 콘트라스트를 감소시킨다. 광개시제의 부가량이 0.01% 이하이면, 광경화성 수지는 충분히 경화될 수 없다.
(액정 물질)
본 발명의 액정표시소자에서 유용한 액정 물질은 통상의 온도 근처에서 액정상태인 유기 혼합물, 예컨대 네마틱 액정(유전이방성 Δε 0을 갖는 액정을 비롯한 2주파수 구동용 액정), 콜레스테릭 액정(특히 가시광에 대하여 선택적인 굴절특성을 나타내는 액정), 스멕틱 액정, 광유전체 액정 및 디스코틱 액정이다. 이들 액정물질은 조합되어 사용될 수 있다. 액정표시소자의 특성을 고려하여 네마틱 액정, 콜레스테릭 액정(키럴제)이 부가된 네마틱 액정이 특히 바람직하다.
광중합반응이 작업공정중에 실시되기 때문에, 내약품성이 우수한 액정을 사용하는 것이 바람직하다. 특히, 이러한 액정은 화합물중의 플루오르 원자와 같은 관능기를 갖는 액정, 예컨대 ZLI-4801-000, ZLI-4801-001 또는 ZLI-4792(머크 컴패니 인코퍼레이티드 제품)을 포함한다.
(광중합성 액정물질)
요철 도메인을 제조하기 위하여 액정상태(배향상태)에서 광학 경화를 실시하는 것이 바람직하다. 액정 및 액정상태를 갖는 광경화성 수지의 혼합물을 제조하기 위해, 양쪽 물질(광경화성 수지 및 액정)의 특성을 갖는 광중합성 액정 물질을 사용하는 것이 바람직하다. 분자중에 광중합성 관능기를 갖는 광중합성 액정 물질과 같은 액정 화합물, 및 액정 물질을 선정한 경우, 액정성을 나타내는 이들의 비율은 혼화성 측면에서 볼 때 서로 비슷한 것이 바람직하다. 특이한 화학 특성을 갖는 F 또는 Cl 함유 액정물질이 사용되면, 광중합성 관능기를 갖는 액정 화합물로서 F 또는 Cl 함유 액정물질을 사용하는 것이 바람직하다. 광유전체 액정이 사용되면, 안정한 스멕틱 상을 제조하기 위하여 분자중에 광유전체 액정을 갖는 광중합성 화합물을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 특히 제한되지는 않지만, 분자중에 광중합성 관능기를 갖는 화합물, 즉, 본 발명에서 유용한 광중합성 액정물질은 하기 식(1)로 표시되는 화합물 또는 호스트 액정분자의 액정성을 거의 방해하지 않는 화합물이다 :
식중에서, A는 중합성 관능기 또는 불포화 결합을 갖는 관능기를 나타내거나 또는 CH2=CH-, CH2=CH-COO-, CH2=CH-COO- 또는
와 같은 왜곡된 헤테로 고리구조를 나타낸다.
식 (1)중에서, B는 중합성 관능기를 액정 화합물에 결합시키는 결합기, 예컨대 알킬사슬(-(CH2)n-), 에스테르 결합(-COO-), 에테르 결합(-O-), 폴리에틸렌 글리콜사슬(-CH2CH2O-), 또는 이들 결합기가 연결된 결합기이다. 중합성 액정물질이 액정물질과 혼합될 때 액정성을 나타내는 혼합물을 사용하는 것이 바람직하다. 따라서, 중합성 관능기로부터 액정분자의 단단한 영역에 이르는 영역에서 6개 결합의 길이를 갖는 결합기가 특히 바람직하다.
상기 식(1)에서, LC는 액정 화합물, 특히 하기 식(3)으로 표시되는 화합물, 콜레스테롤 고리, 이들의 유도체 등을 나타낸다.
D-E-G
식중에서, G는 액정의 유전체 이방성을 나타내는 극성기, 예컨대 벤젠 고리, 시클로헥산 고리, 파라디페닐 고리, 또는 -CN, -OCH3, -F-, -Cl, -OCF3-, -OCCl3, -H 또는 -R(R:알킬 기)와 같은 관능기를 갖는 페닐시클로헥산 고리를 나타낸다. E는 D를 G에 결합시키기 위한 관능기, 예컨대 단일결합, -CH2-, -CH2CH2- -O-, -C≡C-, -CH=CH- 등을 의미한다. D는 식(1)의 B에 결합되고 또 액정의 유전체 이방성 및 굴절률 이방성의 정도에 영향을 미치는 영역인 관능기, 특히 파라페닐 고리, 1, 10-디페닐 고리, 1, 4-시클로헥산 고리, 1, 10-페닐시클로헥산 고리 등을 의미한다.
(액정과 중합성 화합물의 혼합비)
액정이 중합성 화합물과 혼합되면, 중량비(액정:중합성 화합물)는 바람직하게는 50:50 내지 97:3, 보다 바람직하게는 70:30 내지 90:10이다. 액정 재료가 50% 미만이면, 고분자 벽의 효과가 향상되어 셀의 구동 전압이 극히 높게 되고 따라서 실용성이 상실된다. 액정 재료가 97%를 초과하면, 고분자 벽의 물리적 강도가 저하되어 안정한 특성을 얻을 수 없다.
(자외선 조사분포의 형상방법)
포토마스크에 해당되는 액정영역의 형상을 유지시키기 위해, 쌍을 이룬 기판들에 의해 협지된 혼합물상에 자외선 조사분포의 형상방법은 중요한 역할을 담당한다. 특히, 포토마스크, 마이크로렌즈, 간섭판 등을 이용하여 혼합물상에 자외선 조사가 일정하게 분포하게 하는 것이 바람직하다. 포토마스크는 자외선에서 세기분포를 나타낼 수 있는 한 액정셀의 외부 또는 내부에 위치할 수 있다. 포토마스크가 액정셀로부터 분리되면, 마스크에 의해 액정셀에 형성된 광학상은 초점이 벗어나서 액정영역이 정확하게 형성될 수 없으므로 본 발명의 효과를 손상시킨다. 따라서 포토마스크를 액정과 광중합성 수지의 혼합물에 가능한한 가깝게 위치시키는 것이 바람직하다. 바람직하게는 자외선 광원으로부터 방출되는 선은 가능한한 평행으로 한다.
본 발명에 의해 실시된 연구에 따르면, 화소 영역의 30%와 동일하거나 또는 그 이상인 조사 불균일(광 차단 영역을 포함한 약한 조사 영역)을 갖는 포토마스크를 사용하는 것이 바람직하다. 화소 영역의 30% 이하의 조사 불균일을 갖는 포토마스크는 약화되어 표시의 균일성이 손상된다. 따라서, 약한 조사 영역이 화소 영역 보다 큰 포토마스크를 사용하는 것이 바람직하다. 바람직하게는 포토마스크등이 사용되어 자외선은 화소 이외의 영역에만 조사된다.
포토마스크 등의 광 차단 영역에 의해 형성된 약한 조사 영역은 화소 영역을 30% 이상 덮도록 형성되어 부분적으로 자외선의 강도를 감소시킨다. 본 발명에서는 약한 조사 영역의 형상은 특히 한정되지 않는다. 약한 조사영역은 원형, 정방형, 사다리꼴, 장방형, 육각형, 마름모형, 문자형, 곡선 및 직선에 의해 규정된 패턴, 상기 패턴중의 한 개를 부분적으로 절단하여 수득한 패턴, 2개 또는 그 이상의 패턴을 조합하여 수득한 패턴, 또는 이들 작은 패턴의 조립물이다. 액정표시소자의 화소에 대응되는 영역이 약한 조사 영역인 포토마스크는 화소에서 산란된 광의 세기를 감소시키고 액정표시소자의 콘트라스트를 향상시키는 점에서 더욱 바람직하다.
본 발명을 실시하기 위하여 한 개 이상의 패턴을 상기 패턴들로부터 선정할 수 있다. 액정영역의 균일성을 향상시키기 위해, 한 개 패턴만을 선정하여 형상을 균일하게 만드는 것이 바람직하다.
본 발명의 특징은 기판과 평행하는 방향에서 액정 영역을 규칙적으로 배열하거나 화소의 배향 상태에 따라서 액정 영역을 배열하는데 있다. 특히 액정표시소자에서 약한 조사 영역의 배열이 중요하다. 약한 조사 영역의 배열은 화소의 피치와 일치하는 것이 바람직하고 또 약한 조사 영역을 한 개 화소에 위치시키는 것이 바람직하다.
약한 조사 영역은 몇 개의 화소상에 위치할 수 있다. 약한 조사 영역은 매트릭스 형태로 배열된 복수의 화소의 각 행 또는 열에 배치될 수 있다. 아니면, 액정표시소자의 약한 조사 영역은 서로 연결되는 복수의 화소의 각 세트에 대해 배치될 수 있다.
샘플중에서 액정 영역을 측정하기 위해서 액정셀을 2기판으로 분할하고 액정분자를 용매에 의해 제거하며 또 기판상에 존재하는 고분자 막에 의해 형성된 고분자 매트릭스의 부분적 형상을 편광 현미경을 이용하여 측정한다. 액정 영역의 일부가 샘플을 제조 및 처리하는 공정동안 손상을 입으면, 샘플에서 규칙성이 우수한 20개의 액정영역을 선정하고 그 고분자 매트릭스를 선정된 영역상에서 관찰한다. 액정표시소자의 약한 조사 영역의 배향과 동일한 규칙성을 갖기 위해 포토마스크가 필요하다. 약한 조사 영역은 각각 독립적일 필요는 없다. 각 약한 조사 영역은 효과적으로 자외선을 차단하는 영역이 상술한 형상 및 배향을 갖는한 약한 조사 영역과 인접하는 측근에서 결합될 수 있다.
상술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 액정표시소자는 대형 표시 스크린을 가질 수 있고 또 막 형상으로 제조될 수 있다. 액정표시소자가 막 형상으로 제조되면, 기판 물질로서 유기기판 대신 막이 사용될 수 있다.
(구동방법)
제조된 셀은 단순 매트릭스 구동법 또는 TFT(박막 트랜지스터)와 같은 스위칭 소자를 사용하는 액티브 매트릭스법, 또는 MIM(금속-절연체-금 속의 구조를 갖는 트랜지스터) 등의 구동법에 의해 구동될 수 있다. 본 발명에서는 액정표시소자를 구동하는 방법은 특별히 제한되지 않는다.
본 발명은 한 개의 화소에서 다양한 방향으로 배향되기 위해 액정분자에 허용되는 배향막을 갖는 소자에 관한 것이다. 액정분자는 전방향성으로 배향되기 때문에, 통상의 액정표시소자의 문제인 시야각에 다른 돌연한 콘트라스트의 변화가 해결될 수 있다. 특히 고분자막이 화소로 들어가는 것이 가능한한 방지되고 또 액정 도메인이 방사상으로 배향되는 화소에서는 시야각 특성이 향상되고 또 전압-오프 기간 동안 광투과율이 향상된다. 액정 도메인 사이의 디스클리네이션 라인이 편광판의 편광축에 따라서 소정 시야각내에서 배향되면, 디스클리네이션 라인은 전압이 인가되는 동안 거의 보여질 수 없으므로 블랙 레벨이 향상되고 또 화상의 콘트라스트도 향상된다.
본 발명의 범위 및 정신을 벗어나지 않는 한 본 기술분야의 숙련자들은 다양한 변화를 가하여 실시할 수 있을 것이다. 따라서 첨부된 특허청구의 범위는 상기 기술한 내용에만 한정되는 것이 아니고 넓게 해석된다.

Claims (83)

  1. 2개의 대향하는 전극; 상기 전극 사이에 배치된 액정층; 표시용의 복수의 화소; 및, 상기 전극 중 적어도 하나의 상기 액정층측 위로 배치되고 적어도 3개의 서로 다른 방향으로 상기 액정층의 액정을 배향하기 위한 배향 수단; 을 포함하는 액정표시소자로서, 상기 화소 각각은 상기 배향 수단을 구비하며, 상기 배향수단은 상기 액정을 방사상으로 배향하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 2개의 대향하는 전극; 상기 전극 사이에 배치된 액정층; 표시용의 복수의 화소; 및, 상기 전극 중 적어도 하나의 상기 액정층측 위로 배치되고 적어도 3개의 서로 다른 방향으로 상기 액정층의 액정을 배향하기 위한 배향 수단; 을 포함하는 액정표시소자로서, 상기 화소 각각은 상기 배향 수단을 구비하며, 상기 배향수단은 상기 액정을 동심원상으로 배향하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 2개의 대향하는 전극; 상기 전극 사이에 배치된 액정층; 표시용의 복수의 화소; 및, 상기 전극 중 적어도 하나의 액정층측 위로 배치되고 적어도 3개의 다른 방향으로 상기 액정층의 액정을 배향하기 위한 배향 수단; 을 포함하는 액정표시소자로서, 상기 화소 각각은 상기 배향 수단을 구비하며, 상기 배향수단은 상기 액정을 랜덤하게 배향시키는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 2개의 대향하는 전극; 상기 전극 사이에 배치된 액정층; 상기 액정층에 포함된 복수의 액정 도메인; 및, 상기 전극 중 적어도 하나의 상기 액정층측 위로 배치되고 적어도 3개의 서로 다른 방향으로 상기 액정층의 액정을 배향하기 위한 배향 수단; 을 포함하는 액정표시소자로서, 상기 복수의 액정 도메인 중 각각의 액정은 적어도 3개의 다른 방향으로 되는 액정표시소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 액정 도메인들이 방사상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 제4항에 있어서, 상기 복수의 액정 도메인들이 격자상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  7. 제4항에 있어서, 상기 복수의 액정 도메인들이 랜덤하게 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  8. 제1항에 있어서, 상기 배향수단이 구정(球晶)을 갖는 유기막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  9. 2개의 대향하는 전극; 상기 전극 사이에 배치된 액정층; 표시용의 복수의 화소; 및 상기 전극 중 적어도 하나의 상기 액정층측 위로 배치되고 적어도 3개의 서로 다른 방향으로 상기 액정층의 액정을 배향하기 위한 배향 수단;을 포함하는 액정표시소자로서, 상기 화소 각각은 상기 배향 수단을 구비하며, 상기 배향 수단은 적어도 3개의 다른 방향으로 연장되는 돌기부를 갖는 감광성 고분자로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  10. 2개의 대향하는 전극; 상기 전극 사이에 배치된 액정층; 표시용의 복수의 화소; 및 상기 전극 중 적어도 하나의 상기 액정층측 위로 배치되고 적어도 3개의 서로 다른 방향으로 상기 액정층의 액정을 배향하기 위한 배향 수단;을 포함하는 액정표시소자로서, 상기 화소 각각은 상기 배향 수단을 구비하며, 상기 배향수단이 적어도 3개의 다른 방향으로 배향된 액정성 고분자로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  11. 2개의 대향하는 전극; 상기 전극 사이에 배치된 액정층; 표시용의 복수의 화소; 및 상기 전극 중 적어도 하나의 상기 액정층측 위로 배치되고 적어도 3개의 서로 다른 방향으로 상기 액정층의 액정을 배향하기 위한 배향 수단;을 포함하는 액정표시소자로서, 상기 화소 각각은 상기 배향 수단을 구비하며, 상기 배향수단이 돌기부(projection)를 유기막에 대해 누름으로써(by pushing) 형성된 적어도 3개의 다른 방향으로 연장되는 돌기부를 갖는 유기막으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  12. 제8항에 있어서, 상기 유기막중의 상기 구정의 직경이 1㎛ 내지 200㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  13. 제12항에 있어서, 상기 유기막이 이 유기막이 형성된 상기 전극측상에 요철을 갖는 표면을 구비하여, 상기 구정의 직경이 1㎛ 내지 200㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  14. 제13항에 있어서, 상기 전극의 적어도 하나 위에 요철을 갖는 하지층(foundation layer)이 배치되고, 상기 유기막을 하지층 위에 형성함으로서 상기 유기막의 상기 요철을 갖는 표면이 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  15. 제13항에 있어서, 상기 전극의 적어도 하나의 전극이 요철을 갖는 표면을 갖고, 상기 유기막을 전극 위에 형성함으로써 상기 유기막의 상기 요철을 갖는 표면이 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  16. 제13항에 있어서, 상기 요철을 갖는 표면의 조도가 1.48nm 내지 2.8nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  17. 제12항에 있어서, 상기 유기막이 직경 1㎛ 이하의 입자를 포함함으로써, 상기 구정의 직경이 1㎛ 내지 200㎛의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  18. 제17항에 있어서, 상기 입자는 고분자 입자 및 무기 입자로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  19. 제8항에 있어서, 상기 유기막은 결정성 폴리이미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  20. 제19항에 있어서, 상기 결정성 폴리이미드의 유리 전이 온도는 200℃ 이하인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  21. 제4항에 있어서, 상기 액정층은 상기 화소마다 고분자벽으로 둘러싸인 액정영역을 갖고, 상기 액정영역은 복수의 상기 액정 도메인으로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  22. 제21항에 있어서, 상기 배향 수단은 격자상으로 연장되는 돌기부를 갖고, 상기 액정 도메인은 상기 배향수단에 의해 격자상으로 배열되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  23. 제22항에 있어서, 상기 배향 수단은 상기 화소의 중심에서 방사상으로 연장되는 돌기부를 갖고, 상기 액정 도메인은 상기 배향수단에 의해 방사상으로 배열되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  24. 제21항에 있어서, 상기 액정 도메인을 배열시키는 상기 배향수단은 다결정체를 포함하는 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  25. 제21항에 있어서, 상기 소자는 적어도 하나의 편광판을 더 구비하며, 복수의 상기 액정 도메인들의 경계에 형성되는 디스클리네이션 라인들과 상기 편광판의 편광축이 이루는 각도는 30°이하인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  26. 제23항에 있어서, 상기 소자는 적어도 하나의 편광판을 더 구비하며, 상기 배향 수단의 상기 화소의 중심으로부터 방사상으로 연장되는 돌기부와 상기 편광판의 편광축이 이루는 각도는 30°이하인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  27. 2개의 대향하는 전극; 상기 전극 사이에 배치된 액정층; 표시용의 복수의 화소; 및, 상기 전극 중 적어도 하나의 상기 액정층측 위로 배치되고 적어도 3개의 서로 다른 방향으로 상기 액정층의 액정을 배향하기 위한 배향 수단; 을 포함하는 액정표시소자로서, 상기 화소 각각은 상기 배향 수단을 구비하며, 상기 소자는 적어도 2매의 편광판을 더 구비하며, 상기 편광판의 편광축은 서로 직교하고, 대향하는 2개의 상기 전극은 상기 2매의 편광판 사이에 배치되며, 상기 액정층은 키럴 도펀트를 포함하는 네마틱 액정으로 구성되고, 상기 액정층의 트위스트 각, 및 상기 네마틱 액정의 굴절율 이방성과 상기 액정층의 두께의 곱은 광투과율이 거의 최대치로 되도록 설정되는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  28. 제27항에 있어서, 상기 트위스트각은 45°내지 150°의 범위에 있고, 상기 네마틱 액정의 굴절율 이방성과 상기 액정층의 두께의 곱은 300nm 내지 650nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  29. 제27항에 있어서, 상기 트위스트각은 45°내지 150°의 범위에 있고, 상기 네마틱 액정의 굴절율 이방성과 상기 액정층의 두께의 곱은 1000nm 내지 1400nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  30. 제27항에 있어서, 상기 트위스트각은 240°내지 300°의 범위에 있고, 상기 네마틱 액정의 굴절율 이방성과 상기 액정층의 두께의 곱은 550nm 내지 800nm의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  31. 대향하는 2매의 전극, 및 상기 전극 사이에 배치된 액정층을 갖는 액정표시소자의 제조방법으로서, 상기 전극중 적어도 하나위에, 상기 액정층의 액정을 적어도 3개의 다른 방향으로 배향시키는 배향수단을 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  32. 제31항에 있어서, 상기 배향수단 형성공정은 상기 적어도 하나의 전극위에 구정을 갖는 유기막을 형성하는 공정인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  33. 제31항에 있어서, 상기 배향수단 형성공정은 상기 유기막을 용융상태에서 냉각하는 냉각공정을 포함하고, 상기 냉각공정은 냉각 속도를 제어함으로써 상기 유기막중의 구정의 직경을 1㎛ 내지 200㎛의 범위로 제어하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  34. 제31항에 있어서, 상기 배향수단 형성공정은 상기 유기막에 입자를 분산시킴으로써 상기 유기막중의 구정의 직경을 1㎛ 내지 200㎛의 범위로 제어하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  35. 제31항에 있어서, 상기 제조 방법은 적어도 하나의 상기 전극위에 요철을 갖는 표면을 구비하는 하지층을 형성하는 공정을 더 포함하며, 상기 하지층의 요철을 갖는 표면의 조도를 제어함으로써 상기 유기막중의 구정의 직경을 1㎛ 내지 200㎛의 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  36. 제31항에 있어서, 상기 제조방법은 요철을 갖는 표면을 얻기 위해 적어도 한 쪽의 상기 전극위에 입자를 증착하는 공정을 더 포함하며, 상기 요철을 갖는 표면의 조도를 제어함으로써 상기 유기막중의 구정의 직경을 1㎛ 내지 200㎛의 범위로 제어하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  37. 제31항에 있어서, 상기 배향수단 형성공정은 포토리소그라피를 사용하여 적어도 3개의 다른 방향으로 연장되는 돌기부를 갖는 감광성 고분자를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  38. 제31항에 있어서, 상기 배향수단 형성공정은 유기막에 대해 돌기부를 누름으로써, 이 유기막에 적어도 3개의 다른 방향으로 연장되는 돌기부를 형성하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  39. 제33항에 있어서, 상기 냉각속도는 0.1℃/분 이상, 3.5℃/분 이하인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  40. 제33항에 있어서, 상기 유기막은 서로 다른 융점을 갖는 적어도 2종의 고분자를 포함하는 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  41. 제33항에 있어서, 상기 유기막은 200℃ 이하의 유리 전이점을 갖는 결정성 폴리이미드를 포함하는 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  42. 제33항에 있어서, 상기 유기막을 냉각시키는 공정은 상기 유기막의 온도가 시간에 관해 1차 함수적으로 저하하도록 상기 냉각 속도를 제어하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 냉각 공정에서 유기막의 초기 온도는 상기 유기막의 결정화 속도가 최대로 되는 온도 이상이고, 상기 유기막의 융점이하인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  44. 제42항에 있어서, 상기 냉각 공정에서 상기 유기막의 종료 온도는 상기 유기막의 유리 전이 온도 이상인 것을 특징으로 하는 제조방법.
  45. 제35항에 있어서, 상기 하지층을 형성하는 공정은 이 하지층의 표면을 에칭하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  46. 제31항에 있어서, 상기 액정표시소자는 표시를 행하는 복수의 화소를 더 포함하고, 상기 액정층은 상기 화소마다 적어도 하나의 액정 도메인을 가지며, 상기 배향수단을 형성하는 공정은, 대향하는 2매의 전극 사이에, 액정, 광경화성 수지 및 광중합 개시제를 포함하는 혼합물을 공급하는 공정과, 상기 혼합물에 규칙적인 강도 분포를 갖는 광을 조사하는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  47. 제46항에 있어서, 상기 배향수단은 상기 화소마다 상기 전극 중 적어도 하나 위에 형성된 적어도 하나의 돌기부를 갖는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  48. 제46항에 있어서, 상기 액정층은 상기 화소마다 고분자벽으로 둘러싸인 액정영역을 갖고, 상기 액정영역은 복수의 상기 액정 도메인으로 구성되는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  49. 제48항에 있어서, 상기 배향 수단을 형성하는 공정은 상기 혼합물을 공급하는 공정전에, 적어도 하나의 상기 전극위에 유기막을 형성하는 공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  50. 제49항에 있어서, 상기 액정 도메인들은 상기 유기막에 의해 방사상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  51. 제49항에 있어서, 상기 액정 도메인들은 상기 유기막에 의해 격자상으로 배열되어 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  52. 제46항에 있어서, 상기 액정과 상기 광경화성 수지의 혼합물중에 있어서의 상기 광경화성 수지의 함유량은 10 중량% 내지 0.1 중량%의 범위에 있는 것을 특징으로 하는 제조방법.
  53. 제1항에 있어서, 상기 배향 수단은 4 내지 6개의 다른 방향으로 상기 액정을 배향하는 액정표시소자.
  54. 제2항에 있어서, 상기 배향 수단은 4 내지 6개의 다른 방향으로 상기 액정을 배향하는 액정표시소자.
  55. 제3항에 있어서, 상기 배향 수단은 4 내지 6개의 다른 방향으로 상기 액정을 배향하는 액정표시소자.
  56. 제1항에 있어서, 상기 화소는 각 구획(section)의 액정이 다른 구획과 서로 다른 방향으로 배향된 적어도 2개의 구획을 포함하는 액정표시소자.
  57. 제2항에 있어서, 상기 화소는 각 구획의 액정이 다른 구획과 서로 다른 방향으로 배향된 적어도 2개의 구획을 포함하는 액정표시소자.
  58. 제3항에 있어서, 상기 화소는 각 구획의 액정이 다른 구획과 서로 다른 방향으로 배향된 적어도 2개의 구획을 포함하는 액정표시소자.
  59. 제58항에 있어서, 상기 적어도 2개의 구획 각각의 유닛은 1 내지 200㎛인 액정표시소자.
  60. 제58항에 있어서, 상기 화소는 4 내지 50개의 구획을 포함하는 액정표시소자.
  61. 제60항에 있어서, 상기 배향수단은 상기 구획 중 각각에서 4 내지 6개의 방향으로 상기 액정을 배향하는 액정표시소자.
  62. 제4항에 있어서, 상기 배향 수단은 4 내지 6개의 다른 방향으로 상기 액정을 배향하는 액정표시소자.
  63. 제4항에 있어서, 상기 액정 도메인 각각의 유닛은 1 내지 200㎛인 액정표시소자.
  64. 제4항에 있어서, 상기 화소는 4 내지 50개의 도메인을 포함하는 액정표시소자.
  65. 제4항에 있어서, 상기 배향 수단은 상기 액정 도메인 각각에서 4 내지 6개의 방향으로 상기 액정을 배향하는 액정표시소자.
  66. 제9항에 있어서, 상기 배향 수단은 상기 액정을 방사상으로 배향하는 액정표시소자.
  67. 제10항에 있어서, 상기 배향 수단은 상기 액정을 방사상으로 배향하는 액정표시소자.
  68. 제11항에 있어서, 상기 배향 수단은 상기 액정을 방사상으로 배향하는 액정표시소자.
  69. 제9항에 있어서, 상기 배향 수단은 상기 액정을 동심원상으로 배향하는 액정표시소자.
  70. 제11항에 있어서, 상기 배향 수단은 상기 액정을 동심원상으로 배향하는 액정표시소자.
  71. 두 개의 대향하는 전극, 상기 전극 사이에 배치된 액정층, 및 복수의 화소를 포함하는 액정표시소자를 제조하는 방법으로, 상기 복수의 화소 각각에 상기 액정층의 액정을 적어도 3개의 다른 방향으로 배향하기 위한 배향 수단을 상기 전극 중 적어도 하나의 상기 액정층 측 위로 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 배향 수단은 적어도 3개의 서로 다른 방향으로 연장되는 돌기부를 갖는 감광성 고분자로 구성되는 제조방법.
  72. 두 개의 대향하는 전극, 상기 전극 사이에 배치된 액정층, 및 복수의 화소를 포함하는 액정표시소자를 제조하는 방법으로, 상기 복수의 화소 각각에 상기 액정층의 액정을 적어도 3개의 다른 방향으로 배향하기 위한 배향 수단을 상기 전극 중 적어도 하나의 상기 액정층 측 위로 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 배향 수단은 적어도 3개의 서로 다른 방향으로 배향된 액정성 고분자로 구성되는 제조방법.
  73. 두 개의 대향하는 전극, 상기 전극 사이에 배치된 액정층, 및 복수의 화소를 포함하는 액정표시소자를 제조하는 방법으로, 상기 복수의 화소 각각에 상기 액정층의 액정을 적어도 3개의 다른 방향으로 배향하기 위한 배향 수단을 상기 전극 중 적어도 하나의 상기 액정층 측 위로 형성하는 단계; 를 포함하고, 상기 배향 수단이 돌기부를 유기막에 대해 누름으로써 형성된 적어도 3개의 서로 다른 방향으로 연장되는 돌기부를 구비하는 유기막으로 구성되는 제조방법.
  74. 제2항에 있어서, 상기 배향 수단은 구정을 구비한 유기막으로 구성되는 액정표시소자.
  75. 제74항에 있어서, 상기 구정은 1 내지 200㎛ 범위의 직경을 갖는 액정표시소자.
  76. 제75항에 있어서, 상기 유기막이 이 유기막이 형성된 위로 상기 전극측상에 요철면을 갖고, 상기 구정은 1 내지 200㎛ 범위의 직경을 갖는 액정표시소자.
  77. 제76항에 있어서, 하지층은 상기 전극 중 적어도 하나 위로 배치된 요철을 갖는 표면을 가지며, 상기 유기막은 상기 하지층 위로 형성되어, 상기 유기막의 요철을 갖는 표면이 얻어지는 액정표시소자.
  78. 제76항에 있어서, 상기 전극 중 적어도 하나는 요철을 갖는 표면을 가지며, 상기 유기막은 상기 전극상에 형성되어, 상기 유기막의 요철을 갖는 표면이 얻어지는 액정표시소자.
  79. 제76항에 있어서, 상기 요철을 갖는 표면의 조도는 1.48 내지 2.8nm 범위 내에 있는 액정표시소자.
  80. 제75항에 있어서, 상기 유기막은 직경이 1㎛ 이하인 입자를 포함하여, 상기 구정이 1 내지 200㎛ 범위인 직경을 갖는 액정표시소자.
  81. 제80항에 있어서, 상기 입자는 고분자 입자 및 무기 입자로 구성된 그룹으로부터 선택되는 액정표시소자.
  82. 제74항에 있어서, 상기 유기막은 결정성 폴리이미드(crystalline polyamide)를 포함하는 액정표시소자.
  83. 제82항에 있어서, 상기 결정성 폴리이미드 200℃ 이하의 유리 전이 온도를 갖는 액정표시소자.
KR1019940008821A 1993-04-22 1994-04-22 액정표시소자 및 그의 제조방법 KR0166109B1 (ko)

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