KR0184652B1 - 액정 표시 소자 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시 소자는 서로 대향하도록 배치된 한쌍의 기판 및 상기 기판 쌍 사이에 배치된 표시 매체를 포함하며, 상기 표시 매체는 하나 또는 복수의 픽셀을 포함하는 액정 영역을 구비하고, 상기 액정 영역은 고분자 벽으로 둘러싸여 있으며, 기판쌍 사이의 간극에 배치된 기판 간극 제어 물질의 수는 액정 영역보다 고분자 벽 내에 더 많다.

Description

액정 표시 소자 및 그 제조 방법

제1도는 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 표시 소자의 구성을 도시하는 단면도.

제2도는 제1도의 액정 표시 소자를 도시하는 평면도.

제3a도 내지 제3e도는 제1도에 도시된 액정 표시 소자의 제조 과정동안 스페이서들이 고분자 벽에 도입되는 과정을 도시하는 단면도.

제4도는 제1비교예에 따른 액정 표시 소자를 도시하는 평면도.

제5도는 제2비교예에 따른 액정 표시 소자를 도시하는 평면도.

제6도는 본 발명의 제2실시예에 따라 편광판이 부착된 액정 표시 소자를 도시하는 단면도.

제7도는 본 발명의 제3실시예에 따라 스크린판(screen plate)을 이용하여 인쇄하는 경우의 여러 가지 패턴을 도시하는 평면도.

제8도는 제7b도에 도시된 패턴을 이용하여 인쇄하는 경우의 인쇄 상태를 도시하는 사시도.

제9도는 실시예 2 및 3의 패널의 편광축과 러빙(rubbing) 방향을 도시하는 평면도.

제10a도는 스페이서와 같은 미세 입자를 이동시키기 위한 진동 발생기(21)와 초음파 진동 발생기(22)를 도시하는 개략도.

제10b도는 스페이서와 같은 미세 입자를 이동시키기 위하여 전압을 인가하는 방법을 도시하는 개략도.

제11도는 고분자 벽의 내압치(경도)를 측정하기 위한 테스터의 개략도.

제12a도 및 제12b도는 펜으로 입력하는 경우 LCD에 인가되는 압력치를 측정하기 위한 장치를 도시하는 도면.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1a,1b : 기판 2a,2b : 투명 전극

3a,3b : 절연막 4a,4b : 배향막

5 : 봉합재 6 : 액정 영역

9 : 스페이서 12 : 픽셀 영역

본 발명은 일반적으로 액정 표시 소자 및 그 제조방법에 관한 것으로, 특히 고분자(polymer) 영역과 액정 영역을 포함하는 표시 매체층을 구비하는 액정 표시 소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.

종래에는 액정 표시 소자(liquid crystal display; LCD)를 이용한 다양한 종류의 표시 모드가 디스플레이를 수행하기 위하여 이용되어 왔다. 예를 들면, 전기광학 효과(electrooptic effect)를 이용한 LCD로서는 네마틱(nematic) 액정을 이용한 트위스티드 네마틱(twisted nematic; TN) 모드의 액정과 수퍼 트위스티드 네마틱(super twisted nematic) 모드의 액정이 현재 실용화되어 있다. 강유전성 액정(ferroelectric liquid crystal; FLC)을 이용한 LCD와 전기 제어 복굴절(electrically controlled birefringence; ECB) 모드의 LCD가 근래 실용화되어 오고 있다. 또한, 광산란을 이용한 LCD가 개발되어 편광판(polarizer)을 이용하지 않고 동적산란(dynamic scatter ing; DS) 모드 또는 상전이(phase change; PC) 모드에서 동작한다.

종래의 LCD 제작 과정에서는, 셀(cell) 간극(또는 기판 간극)을 일정한 값으로 유지하기 위하여 스페이서(spacer)와 같은 기판 간극 제어 물질이 사용된다. 셀 간극을 일정한 값으로 유지하기 위하여는, 그러한 스페이서들이 평방밀리미터당 25 내지 100개 분포된다. 그러한 종래의 방법으로 제작된 LCD에는, LCD가 제작된 후 불필요한 스페이서 등이 픽셀 내부에 잔류하게 된다. 그 결과, 그러한 물질의 존재로 인하여 픽셀의 화질(display quality)이 저하되고 콘트라스트(contrast)가 감소한다.

예를 들면, 픽셀 내부에 그러한 스페이서들이 잔류하는 LCD가 정규 백색 모드(Normally White mode)에 이용되는 경우, 스페이서를 통과하는 빛이 항상 차단되므로 개구율(aperture ratio)이 감소한다. 한편, 동일한 LCD가 정규 흑색 모드(Normally Black mode)에 이용되는 경우, 스페이서를 통과하는 빛이 완전히 차단되지 않으므로 흑색 표시시에 광 누설(light leakage)이 발생한다. 그러므로, 픽셀 내부의 스페이서의 존재로 인하여 두가지 디스플레이 모드 모두에 콘트라스트의 감소가 발생한다. 따라서, 고화질 및 높은 콘트라스트의 LCD를 얻기 위하여 픽셀 내부의 모든 스페이서들을 제거하거나 가능한 많은 스페이서를 제거할 것이 요구된다. 이하의 방법들은 픽셀 내부의 기판 간극 제어 물질의 수를 감소시키기 위하여 제안되고 있다.

(1) 기판 간극 제어 물질을 봉합재(sealing agent)에 혼합하여 봉합재가 도포된 기판 영역만을 눌러 한 쌍의 기판을 서로 부착시키는 방법(일본국 특허 공개 제64-61729호)

(2) 기판 간극 제어 물질을 봉합재에 혼합하여 탄성체를 구비한 치구(jig)로 기판을 눌러 패널의 중심부는 강하게 눌러지지 않도록 한 쌍의 기판을 서로 부착시키는 방법(일본국 특허 공개 제2-139518호)

(3) 픽셀 이외의 부분에 벽이 형성되도록 포토 레지스트 필름(photoresist film)의 벽을 패터닝(patterning)하는 방법(일본국 특허 공개 제60-131521호)

(4) 기판 간극 제어 물질이 분산된 셀(cell)로 액정이 주입된 후 정전 유도(electrostatic induction)에 의하여 잔류 스페이서들을 픽셀 외부로 제거하는 방법.

액정의 복굴절을 이용하여 액정의 투명 상태(transparent state) 및 백탁 상태(white opaque state)를 전기적으로 제어하는 방식이 최근 제안되었다. 이 방식에 따른 LCD 동작 중에, 고분자중에 액정적(liquid crystal droplets)이 분산된 표시 매체는 서로 대향하는 한쌍의 기판 사이에 끼워져 있다. 이러한 유형의 LCD는 고분자 분산형 액정(polymer dispersed liquid crystal; PDLC) 표시 소자라고 불린다. 이론적으로 PLDC 표시 소자에서 디스플레이는 다음과 같이 수행된다. 액정에 전압이 인가될 때 액정 분자의 배향(orentation)은 전계의 방향으로 정렬된다. 그 결과, 액정 분자의 상굴절률(ordinary refractive index)은 지지 매체로 기능하는 고분자의 굴절률과 일치하고, 그에 따라 투명 상태가 얻어진다. 반면, 전압이 액정에 인가되지 않을 때는 액정 분자의 무배향(random orientation)으로 인하여 광산란이 일어나고 이에 따라 불투명 상태가 얻어진다.

상기 PLDC 표시 소자의 제조 방법에 따르면, 예를 들어 일본국 특허 공개 제58-501631호에 개시된 바와 같이 액정적은 고분자와 액정의 상분리(phase-separation)를 이용하여 형성된다. 따라서, 액정적의 형상은 균일하지 않으면 기판 표면에 따른 방향으로 액정적의 위치를 정확히 제어하는 것이 어렵다. 결국, 각각의 액정적에 상이한 구동 전압이 인가되어야 하고, 전기광학 특성을 나타내는 임계값(threshold value)이 첨예하지(steep) 않으며, 따라서 구동 전압이 대체로 높아진다.

상기 종래의 PLDC 표시 소자의 문제점을 해결하기 위하여, 본 출원의 양수인과 동일인에게 양도된 일본국 특허 출원 제5-30996호는 개선된 PLDC 표시 소자를 이용한 새로운 표시 모드를 개시한다. 본 LCD에서는 액정과 광경화성 수지(photocurable resin)의 혼합물에 일부 영역은 비교적 강한 빛이 조사되고(irradiated) 다른 영역은 비교적 약한 빛이 조사되도록 자외선이 조사된다. 그 결과, 고분자는 비교적 강한 빛이 조사된 영역에서 응집되고(aggregated), 반면 액정은 비교적 약한 빛이 조사된 영역에서 응집된다. 본 방법에 따르면, 고분자와 액정의 상분리는 위치선택적으로 수행되어, 액정 영역은 픽셀 영역에 형성되고 고분자 벽은 픽셀 영역 이외의 영역에 형성될 수 있다. 또한, 픽셀 영역을 제외한 영역에 형성된 고분자 벽이 상하 기판에 밀착된 경우 고분자 벽은 스페이서(또는 기판 간극 제어 물질)의 역할을 할 수 있다.

PLDC 표시 소자의 제조 과정에 있어서, 액정과 광경화성 수지를 포함하는 혼합물이 한쌍의 기판 사이의 간극으로 주입되고 그 혼합물은 자외선에 조사되어 액정적이 픽셀 영역에 형성된다. 따라서, 혼합물이 주입될 때 스페이서와 같은 기판 간극 제어 물질은 기판쌍 사이에 배치되어야 한다. 그러나, 광경화성 수지가 경화되어 고분자 벽이 형성된 후에는 고분자 벽은 그 자체로 기판 간극 제어 물질의 역할을 한다. 그 결과, 스페이서와 같은 기판 간극 제어 물질은 고분자 벽 형성 후에는 실질적으로 불필요하게 된다.

상기 픽셀 내부에 잔류하는 기판 간극 제어 물질의 수를 감소시키는 종래의 방법이 PLDC 표시 소자에 적용되는 경우, 다음과 같은 문제가 발생한다.

기판 간극 제어 물질을 봉합재에 혼합시키는 방법(1) 또는 (2)에 따르면, 혼합물을 주입하는 때에도 픽셀 내부에는 스페이서가 전혀 존재하지 않는다. 그 결과, LCD는 자외선 조사로 인한 혼합물의 미소한 체적 변화에 견디기 어렵다.

포토레지스트 필름의 벽을 패터닝하여 픽셀 영역의 외부에 벽을 형성하는 방법 (3)은, 포토레지스트 필름이 노광성(photosensitive)이어서 상이한 제조 방법이 요구되므로 PLDC 표시 소자에 적용될 수 없다.

정전 유도를 이용하여 픽셀 내부에 존재하는 스페이서를 이동시키는 방법 (4)에 따르면, 스페이서들은 제거되지 않으며 액정적의 주변부로 이동할 뿐이다. 따라서, 스페이서가 픽셀의 주변부에 잔류하여 개구율이 감소하며, LCD의 화질이 저하된다.

이상의 설명으로부터, 종래의 방법에 따르면 PLDC 표시 소자의 픽셀 내부의 스페이서 수를 감소시키기가 곤란하다는 것은 분명하다.

종래의 LCD에서는, 통상의 스페이서 또는 스페이서 역할을 하는 고분자 벽은 기판 간극을 일정한 값으로 유지시키기 위한 기판 간극 제어 물질로 이용될 수 있고, 그 물질은 구형, 막대기형 또는 실린더형일 수 있다. 그러나, 그러한 기판 간극 제어 물질은 외부에서 가해지는 충격에 매우 취약하다. 그러므로, 그러한 물질이 휴대형 액정 표시 패널 또는 데이타를 펜으로 입력하는 액정 표시 패널에 응용되는 경우, 액정 분자의 배향 상태는 외부 압력의 인가에 따라 변화하고, 따라서 디스플레이가 불균일해지며 화질이 저하된다. 또한, 패널이 뒤틀리거나 구부러지는 경우 파괴되기 쉽다.

이러한 문제를 해결하기 위하여, 액정 패널의 강도를 개선하기 위한 몇가지 방법들이 이용되어 왔다. 그러한 방법에 따르면, 투명 유리판 또는 플라스틱판과 같은 보호판이 액정 패널의 상부 표면상에 위치한다. 그러나, 그러한 방법에 따르면 펜의 단부와 표시 위치 사이에 시차(parallax)가 발생한다. 더욱이, 그러한 방법이 반사형 액정에 적용되는 경우 전체 패널이 어두워지는 바람직한 못한 현상이 발생한다.

한편, 포토레지스트 필름과 같은 유기막(organic film)을 이용하여 충격에 대한 저항을 개선하는 기술이 일본국 특허 공개 제56-99384호에 개시되어 있다. 특히, 본 기술에 따르면, 한 쌍의 기판이 서로 대향하도록 부착되기 전에 벽모양의 포토레지스트 필름과 같은 유기막이 형성되어 기판 간극 제어 물질 역할을 한다. 본 기술에 따르면, 벽으로 이용되는 포토레지스트 필름 등은 액정을 주입하기 전에 형성되어, 이론적으로 벽의 강도가 더 강할 것이 기대된다.

그러한 장점에도 불구하고, 포토레지스트 필름과 같은 벽 모양의 유기막을 형성하여 충격에 대한 저항을 개선하는 방법에 따르면, 포토레지스트 필름의 형성은 액정이 주입되는 영역을 크게 제한하여 액정을 충진시키는데 매우 긴 시간을 요구하게 된다. 또한, 본 방법에 따르면 포토레지스트 필름은 패턴형성되어야 한다. 필름의 패터닝은 배향막(alignment film)등을 부식시켜 제조 과정을 복잡하게 한다는 단점을 초래하기 쉽다.

본 발명의 액정 표시 소자는, 서로 대향하도록 배치된 한 쌍의 기판 및 상기 기판 쌍 사이에 배치된 표시 매체를 포함하며, 상기 표시 매체는 하나 이상의 픽셀을 포함하는 액정 영역을 포함하고, 상기 액정 영역은 고분자 벽으로 둘러싸여 있으며, 상기 기판 쌍 사이의 간극에 배치된 기판 간극 제어 물질의 수가 상기 액정 영역보다 고분자 벽에서 더 큰 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 서로 대향하도록 배치된 한 쌍의 기판 및 상기 기판 쌍 사이에 배치된 표시 매체를 포함하며, 상기 표시 매체는 하나 이상의 픽셀을 포함하는 액정 영역을 포함하고, 상기 액정 영역은 고분자 벽으로 둘러싸여 있는 액정 표시 소자를 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은, 한 쌍의 기판을 서로 대향하도록 배치하고 상기 기판쌍 사이에 액정 영역보다 고분자 벽에 존재하는 경향이 있는 물질로 구성된 기판 간극 제어 물질을 배치하는 단계; 상기 기판 쌍 사이의 간극으로 적어도 액정 물질과 광중합성 화합물(photopolymerizable compound)을 포함하는 혼합물을 주입하는 단계; 및 상기 혼합물을 자외선으로 선택적으로 조사하고, 이에 따라 상기 고분자 벽에 의하여 둘러싸여진 액정 영역을 포함하는 표시 매체를 형성하고, 상기 기판 간극 제어 물질이 액정 영역보다 고분자 벽에 더 많이 존재하는 선택 조사 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 특징에 따르면, 서로 대향하도록 배치된 한 쌍의 기판 및 상기 기판 쌍 사이에 배치된 표시 매체를 포함하며, 상기 표시 매체는 하나 이상의 픽셀을 포함하는 액정 영역을 포함하고, 상기 액정 영역은 고분자 벽으로 둘러 싸여 있는 액정 표시 소자를 제조하는 또 다른 방법이 제공된다. 본 방법은, 한 쌍의 기판 중 하나 이상의 임의의 위치에 기판 간극 제어 물질을 배치함으로써 한 쌍의 기판을 서로 대향하도록 배치하는 단계; 상기 기판 쌍 사이의 간극으로 적어도 액정 물질과 광중합성 화합물을 포함하는 혼합물을 주입하는 단계; 및 상기 혼합물을 자외선으로 선택적으로 주사하는 단계를 포함하고, 이에 따라 상기 고분자 벽에 의하여 둘러싸여진 액정 영역을 포함하고 상기 기판 간극 제어 물질이 액정 영역보다 고분자 벽에 더 많이 존재하도록 하는 표시 매체를 형성하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또다른 특징에 따르면, 액정 표시 소자는 서로 대향하도록 배치된 한 쌍의 기판 및 상기 기판 쌍 사이에 배치된 표시 매체를 포함하며, 상기 표시 매체는 임의의 위치에 고분자 벽으로 둘러싸인 액정 영역을 구비하고, 상기 고분자 벽은 경화된 상태(cured state)에서 10g/mmΦ 이상의 내압치(compressive value)를 구비한다.

본 발명의 또다른 특징에 따르면, 서로 대향하도록 배치된 한 쌍의 기판 및 상기 기판 쌍 사이에 배치된 표시 매체를 포함하며, 상기 표시 매체는 임의의 위치에서 고분자 벽으로 둘러싸여진 액정 영역을 구비하는 액정 표시 소자를 제조하는 방법이 제공된다. 본 방법은 적어도 액정 물질과 경화된 상태에서 10g/mmΦ 이상의 내압치를 구비하는 중합성 화합물을 포함하는 혼합물을 주입하는 단계; 및 상기 액정 물질과 중합성 화합물이 상분리되도록 열 또는 빛 에너지를 상기 혼합물에 인가하는 단계를 포함하여, 이에 다라 액정 영역과 고분자 벽 영역을 임의의 위치에서 선택적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 다른 액정 표시 소자에서는, 기판 쌍 사이의 간극에 배치된 기판 간극 제어 물질이 액정 영역보다는 고분자 벽 내부에 존재하는 경향을 가지는 물질로 이루어져 있으며, 액정 영역에 존재하는 기판 간극 제어 물질의 수에 비교하여 고분자 벽 내부에 더 많은 수의 기판 간극 제어 물질이 존재할 수 있다. 그 결과, 기판 간극 제어 물질의 전부 또는 다수가 픽셀로부터 제거되어, 픽셀의 화질과 콘트라스트가 개선된다.

본 발명의 액정 표시 소자를 제조하는 방법에 따르면, 한 쌍의 기판이 서로 대향하도록 배치되고 액정 영역보다 고분자 벽 내부에 존재하는 경향이 있는 물질로 이루어진 기판 간극 제어 물질이 기판 쌍 사이에 배치되며, 적어도 액정 물질, 광중합성 물질 및 광중합 개시제(photoinitiator)를 포함하는 혼합물이 기판쌍 사이의 간극으로 주입된다. 본 혼합물이 자외선에 선택적으로 조사되면, 비교적 강한 자외선에 조사된 부분의 광중합률은 높은 반면, 비교적 약한 자외선에 조사된 영역의 광중합률은 낮다. 따라서, 액정은 비교적 약한 자외선에 조사된 영역으로 분리되어 액정적을 형성한다. 액정 영역보다 고분자 벽의 내부에 존재하는 경향이 있는 고분자 수지와 같은 물질로 된 기판 간극 제어 물질 또는 구형 스페이서를 이용하는 경우 본 상분리 단계동안 액정의 표면 장력으로 인하여 기판 간극 제어 물질이 밀어내어져서, 기판 간극 제어 물질이 광경화성 수지로 이루어진 고분자 벽으로 흡수된다.

또한, 포토 마스크(photomask)로 픽셀에 대응하는 혼합물 영역을 차단시킴으로써 픽셀 영역과 픽셀 영역을 제외한 영역에 대하여 상이한 조사 강도(irradiation intensities)가 선택되도록 혼합물이 자외선에 조사되는 경우, 단순한 구조에 따라 픽셀 영역안에 액정 영역이 용이하게 형성될 수 있으며, 고분자 벽은 픽셀 영역을 제외한 영역에 형성된다. 이러한 방법으로, 기판 간극 제어 물질의 전부 또는 다수가 픽셀 영역으로부터 제거된다. 또한, 유기막, 무기막(inroganic film) 또는 금속막으로 만들어진 적어도 하나의 투명 전극(transparent electrode) 등이 표시 매체와 대면하는 하나 이상의 기판 상에 형성되는 경우, 조사된 빛은 더욱 용이하게 선택적으로 분포될 수 있다.

표시 매체에 대면하는 하나 이상의 기판 상에 고분자 벽의 내부에 더 많은 수의 기판 간극 제어 물질이 존재하도록 하는 경향이 있는 물질로 된 하나 이상의 배향막(alignment film)을 형성하는 경우, 배향막에는 기판 간극 제어 물질이 전혀 존재하지 않는다. 그 결과, 스페이서 전부 또는 다수가 픽셀로부터 제거되어 픽셀의 화질과 콘트라스트가 더욱 개선될 수 있다.

광중합성 화합물질과 각각 상이한 굴절률을 구비하는 미세 입자를 포함하는 혼합물을 이용하여 상분리가 수행되는 경우, 미세 입자는 역시 고분자 벽으로 흡수되어 고분자 벽이 광산란 상태에 있게 된다. 그 결과, 패널의 밝기 감소가 억제될 수 있다. 종래에는, 두 개의 편광판이 서로 수직으로 배치되도록 액정 표시 모드가 선택되는 경우, 고분자 벽에 대응하는 부분은 등방상(isotropic phase)이어서 검게 된다. 그 결과, 패널 전체가 역시 검게 되고 어두워진다. 그러나, 본 발명에 따르면 고분자 벽이 광산란 상태이므로 패널 밝기의 감소가 억제될 수 있다.

본 발명의 액정 표시 소자를 제조하는 방법에 따르면, 적어도 하나 이상의 기판 상에 픽셀 영역에 제외한 영역에 더 많은 기판 간극 제어 물질이 배치되고, 한 쌍의 기판이 서로 대향하도록 배치되며, 적어도 액정 물질, 광중합성 물질 및 광중합성 개시제를 포함하는 혼합물이 기판쌍 사이의 간극으로 주입된다. 혼합물이 자외선에 선택적으로 조사될 때 픽셀 영역에 대응하는 영역이 포토 마스크로 차단되어 픽셀 영역과 픽셀 영역을 제외한 부분에 대하여 조사 강도를 선택적으로 다르게 한다면 상분리가 발생하고, 더 많은 수의 기판 간극 제어 물질이 포함된 픽셀 영역을 제외한 영역 내에 고분자 벽이 형성되는 반면, 액정 영역은 더 작은 수의 기판 간극 제어 물질을 구비하는 픽셀 영역 내에 형성된다. 그 결과, 더 많은 수의 기판 간극 제어 물질이 액정 영역보다 고분자 벽내에 존재하게 된다. 또한, 투명 전극과 같은 표시 매체에 대면하는 하나 이상의 기판 상에 형성된 유기막, 무기막 또는 금속막을 이용하여 조사광(irradiated light)이 더욱 용이하게 선택적으로 분포될 수 있다.

광중합성 화합물질과 각각 상이한 굴절률을 구비하는 미세 입자를 포함하는 혼합물을 이용하여 상분리가 수행되는 경우, 미세 입자들은 역시 고분자 벽에 흡수되어 광산란 상태에 있는 고분자 벽을 제공하게 된다. 그 결과, 패널의 밝기의 감소가 상술한 바와 같은 이유에 의하여 억제될 수 있다.

본 발명의 또다른 특징에 따르면, 적어도 액정 물질과 광중합성 화합물을 포함하는 혼합물이 한 쌍의 기판 사이의 간극으로 주입되어 혼합물이 열 또는 빛을 인가하여 중합될 수 있으므로, 액정 물질과 광중합성 화합물이 상분리된다. 그 결과, 액정 영역과 고분자 벽이 임의의 위치에서 선택적으로 형성된 표시 매체가 얻어질 수 있다. 고분자 벽이 주로 10g/mmΦ 이상의 내압치를 구비하는 고분자 물질로 이루어져 있으므로, 예를 들어 펜 등에 의한 데이타 입력에 의하여 본 액정 표시 소자에 힘 또는 충격이 외부적으로 가해지는 경우에도 이 영역에서의 화질은 저하되지 않는다.

기판에 임의의 진동이 가해지는 경우 또는 본 상분리동안 기판 쌍 사이의 간극으로 전압이 인가되는 경우, 기판 간극 제어 물질과 같은 미세 입자들은 효과적으로 고분자 벽으로 도입되어 고분자 벽의 충격 저항력 및 강도가 개선된다. 또한, 기판 간극 제어 물질의 전부 또는 다수가 픽셀 영역으로부터 제거되는 경우, 픽셀의 화질 및 콘트라스트가 역시 개선될 수 있다.

또한, 고분자 벽을 구성하는 고분자 물질은 열경화성 또는 광경화성 수지로 구성되므로, 경화성 수지는 열 또는 빛과 같은 높은 에너지가 인가되는 고분자 벽의 기판쌍 모두에 경화되고 부착되도록 형성된다. 그 결과, 충격 저항이 더욱 개선될 수 있다.

따라서, 본 명세서에 기재된 발명은 (1) 고분자 분산형 액정 표시 소자의 픽셀의 내부에 있는 스페이서와 같은 기판 간극 제어 물질의 전부 또는 다수를 제거함으로써 콘트라스트와 화질을 개선할 수 있는 액정 표시 소자를 제공하고, (2) 서로 대향하는 한 쌍의 기판 사이의 간극 내의 임의의 위치에서 고분자 벽과 액정 영역을 선택적으로 형성함으로써 충격 저항을 개선하고 펜의 단부와 표시 위치 사이의 시차를 제거하는 단순화된 제조 과정을 통하여 제조될 수 있는 액정 표시 소자를 제공하며, 이를 제조하는 방법을 제공하는 장점이 있다.

상술된 본 발명의 장점 및 기타 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 이하의 상세한 설명을 읽고 이해함으로써 본 발명이 속한 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 명확해질 것이다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 예시적 실시예들에 의하여 본 발명이 설명될 것이다. 본 발명은 이하의 실시예 및 구체예에 제한되지 않는다는 것을 주목해야 한다.

여기에서 액정 영역보다 고분자 벽 내부에 존재하는 경향이 있는 물질로 이루어진 기판 간극 제어 물질은 다음과 같이 정의될 것이다. (1) 액정 물질과 광중합성 단량체(monomer)를 몰 분율(mole fraction)이 1:1이 되도록 혼합하여 시료(1g)을 얻는다. (2) 간극 제어 물질(0.05g)이 시료와 혼합된다. 그 후, 혼합물은 교반되고 100℃에서 1시간동안 가열되어 혼합물 용액을 얻는다. (3) 다음, 혼합물이 실온까지 냉각된 후 혼합물 용액은 유리판 위에 떨어뜨려진다(약 2cmΦ). 그 후, 혼합물 용액은 자외선을 조사하기 위한 고압 수은등을 이용하여 10mW/㎠의 강도로 20분동안 자외선에 조사되어, 혼합물이 고분자와 액정으로 상분리된다. (4) 고분자 벽 내부의 기판 간극 제어 물질의 수와 액정 영역의 기판 간극 제어 물질의 수의 비가 다음 관계를 만족하면, 기판 간극 제어 물질은 액정 영역보다 고분자 벽 내부에 존재하는 경향이 있는 물질로 이루어진 기판 간극 제어 물질로 정의된다.

(고분자 벽 내부의 기판 간극 제어 물질의 수)/(액정 영역의 기판 간극 제어 물질의 수) 1.1

고분자 벽의 내부에 더 많은 수의 기판 간극 제어 물질이 존재하도록 만드는 경향이 있는 물질로 이루어진 배향막은 여기에서 다음과 같이 정의될 것이다.

(1) 액정 물질과 배향막 재료를 몰 분율(mole fraction)이 1:1이 되도록 혼합하여 시료(2g)을 얻는다. (2) 간극 제어 물질(0.1g)이 시료와 혼합된다. 그 후, 혼합물은 교반되고 100℃에서 1시간동안 가열된다 (3) 다음, 혼합물이 실온까지 냉각된 후 혼합물은 6시간동안 방치되어 상층(액정 영역)과 하층(배향막 영역)으로 분리된다. (4) 그후, 상층과 하층 용액의 일부는 피펫 등으로 빨아올려져서 각 층으로부터 얻어진 용액은 유리판 위에 떨어뜨려진다(약 1cmΦ). 배향막 영역의 기판 간극 제어 물질의 수와 액정 영역의 기판 간극 제어 물질의 수의 비가 다음 관계를 만족하면, 그 배향막은 고분자 벽의 내부에 더 많은 수의 기판 간극 제어 물질이 존재하도록 만드는 경향이 있는 물질로 이루어진 배향막으로 정의된다.

(배향막 영역의 기판 간극 제어 물질의 수)/(액정 영역의 기판 간극 제어 물질의 수) 1.0

따라서, 그 런 배향막(alignment film)을 사용하는 경우, 다수의 기판 간극 제어 물질이 완성된 액정 표시 소자의 액정 영역보다는 고분자 벽 내부에 존재할 것이다.

[실시예 1]

제1도는 본 발명의 예에 따라서 액정 표시 소자(LCD)의 구성을 보여주는 단면도이다. 제1도에 도시된 LCD안에 유리 또는 그와 유사한 것들로 만들어진 기판쌍(1a)와 (1b)가 서로 마주보는 위치가 되도록 배치되며, 고분자 벽(7)이 둘러싸는 액정 영역(6)은 기판(1a)와 (1b) 사이에 끼여 있어서 표시 매체로 사용된다. 표시 매체와 마주보는 위치에 있는 기판(1a)와 (1b)의 표면에서, 띠 모양의 투명 전극(2a)와 (2b)가 형성된다. 전극(2a)와 (2b)상에, 전기적 절연막(3a)와 (3b)가 형성되고, 배향막(4a)와 (4b)가 절연막 상에 형성된다. 액정 영역(6)을 포함하는 픽셀 부분(12)은 투명 전극(2a)와 (2b)의 반대 영역으로 정의된다. 서로 마주보는 (1a)와 (1b)의 단부는 봉합재(5)가 서로 접촉되도록 만들어 준다. 부가하여, 스페이서(9)는 기판쌍(1a)와 (1b) 사이의 간격에서, 기판 간극 제어 물질로 작용하게 된다.

제2도의 평면도에서 도시하듯이, 고분자 벽(7)내에 존재하는 스페이서(9)의 개수는 액정 영역(6)을 포함하는 픽셀 부분(12) 내에 존재하는 스페이서(9)의 개수보다 크다.

LCD는 다음 방식으로 제조될 수 있다.

첫째, 인듐-주석 산화(ITO)막이 스퍼터링 기술에 의해 기판(1a)와 (1b) 상에 증착되어, 이곳의 두께가 200nm가 되게 하고, 띠 모양의 투명 전극(2a)와 (2b)가 형성된다. 다음으로, 전기적 절연막(3a)와 (3b)가 스퍼터링 기술로 형성되어, 필름(3a)와 (3b)가 투명 전극(2a)와 (2b)를 덮을 수 있게 된다. 그리고나서 배향막(4a)와 (4b)가 위에 형성되고, 나일론 천 또는 이와 유사한 것으로 러빙(rubbing)하는 공정을 겪게 된다. 이런 경우, 기판(1a)와 (1b)의 하나 이상은 유리 또는 플라스틱과 같은 광 투과 투명 물질로 만들어지도록 요구된다. 그러므로, 기판 중 하나가 투명하면, 금속막 또는 이와 유사한 것이 다른 기판 위에 형성된다. 배향막(4a)와 (4b)는 더 많은 수의 스페이서(9)가 고분자 벽 내에 존재하도록 만드는 경향을 가진 물질로 이루어진다.

그런 상태에서, 스페이서(9)는 기판(1a)와 (1b)상 위에 형성된 배향막(4a)와 (4b)의 표면중 하나 위에 배치된다. 그런 후, 기판(1a)와 (1b)는 투명 전극(2a)와 (2b)와 서로 직교하며 마주보도록 배치된다. 마지막으로, 기판(1a)와 (1b)의 단부는 봉합재(5)에 의해 접속되는데, 이 기판 상에 액정 셀이 형성된다. 스페이서(9)의 재료는 양호하게는 고분자 수지와 같은 재료로 만들어지는데, 스페이서는 액정층보다는 고분자수지 층에 만들어지는 경향이 크다. 따라서, 스페이서는 디비닐(divinyl), 아크릴(acryl), 스티렌(styrene), 또는 멜라민(melamine) 수지로 만들어질 수 있다. 고분자 벽 내에서 존재하지 않게 되는 물질들인 실리카 비드(silica bead) 또는 알루미나 비드(alumina bead)와 같은 것으로 만들어진 스페이서를 사용하는 것은 좋지 않다. 부가하여 스페이서는 구형(spherical)이면 좋다. 기판(1a)와 (1b)상에 형성되고 배향막(4a)와 (4b)에 부착된 고정형 스페이서를 사용해서는 안된다.

최소한 액정 재료와 광 중합성 화합물을 포함하는 혼합물은 이런 식으로 생산되는 액정 셀의 간격[기판(1a)와 (1b)] 사이에 존재하는 간격으로 주입되어야 한다. 상대적 필요에 따라, 광 중합 개시제(photoinitiator)를 이 혼합체에 부가할 수 있다.

이런 경우, TN 모드, STN모드, ECB 모드, FLC 모드 또는 광산란 모드에서 사용하는 임의의 액정 재료를 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어 키랄재(chiral agent)( S-811)을 0.3% 포함하는 ZLI-4792(Merck Co., Inc가 제조함)가 사용될 수 있다. 광 경화성 수지로는 R-684(Nippon Kayaku Co., Ltd가 제조), p-페닐스티렌(p-phenylstyrene), 아이소보닐메타크릴레이트(isobornylmethacrylate)와 퍼플루오로 메타크릴레이트(perfluoromethacrylate)와 같은 다양한 물질이 사용될 수 있다. 이가큐어 651(Irgacure 651; CIBA GEIGY가 제조함)와 같은 광중합 개시제가 사용될 수 있다. 혼합체가 주입된 후, 주입 구멍은 자외선 경화 수지로 봉합된다. 자외선 경화 수지가 경화될 때, 표시 영역(또는 주입 혼합체)이 자외선에 의해 조사(照射)되지 않도록 주의해야 한다. 다음으로, 혼합체는 액정 셀 바깥에 있는 광원으로부터 방사된 자외선(線)에 의해 조사된다. 자외선 조사동안, 광(光)으로 조사되는 기판 표면의 일부 영역은 픽셀 영역에 상응하는 광차단 영역(light-shielding portions)을 포함하는 포토마스크에 의해 덮여지며, 기판은 포토마스크를 통해 자외선으로 조사된다. 자외선 평행광을 조사하기 위하여 고압 수은등이 광원으로 사용된다. 광 조사는 고압 수은등의 강도가 10mW/㎠일 때 수행된다. 자외선 조사 동안 기판 온도는 실온이거나, 네마틱 상에서 등방 액체 상으로 액정 전이가 일어나는 온도인 TN₁이상의 온도일 수 있다. 자외선 조사가 TN₁보다 같거나 높은 온도로 수행되는 경우, 액정 분자의 배향(orientation)은 안정화된다.

이런 예에서, 자외선은 상기 방식으로 포토마스크를 통해 선택적으로 방사되며, 포토마스크로 씌워지는 픽셀 영역은 상대적으로 약한 조사를 받지만, 픽셀 영역을 제외한 영역은 상대적으로 강한 조사를 받는다. 픽셀 영역을 제외하고, 강한 조사를 받는 영역에서의 광 중합성 수지의 고분자화율은 약한 조사를 받은 픽셀 영역보다 높다. 그 결과, 액정의 픽셀 영역에 집중 형성되며, 고분자는 픽셀 영역을 제외한 영역에 집중 형성되며, 따라서 액정과 고분자의 상(相) 분리가 일어남을 알 수 있다. 결과적으로, 액정적(液晶滴)(또는 액정 영역)(6)이 고분자 벽(7)에 의해 둘러싸이는 표시소자 매체는 기판쌍(1a)와 (1b) 사이의 간격안에 형성된다.

따라서, 이와 같은 상 분리 단계 과정동안 액정의 표면 장력은 광 중합성 수지 내에 위치하는 경향을 가진 스페이서(9)가 액정 영역에서 벗어나도록 구축(驅逐)해주며, 스페이서(9)는 고분자 수지 내로 위치하도록 강제된다. 그 결과, 많은 수의 스페이서(9)가 액정적(6) 안에 존재하기보다는 고분자 벽(7) 내에 존재하게 된다. 다른 말로 하면, 픽셀 내의 스페이서(9)의 양(量)은 축소된다.

본 실시예에 따라 자외선 조사 단계에서 사용되는 포토마스크를 대신하여, ITO로 만들어지는 투명 전극과 같이 셀 내에 형성된 유기막, 비유기막 또는 금속막 등을 사용함으로써, 조사되는 광(光)의 분포(또는 강도)가 쉽게 선택할 수 있다. 기판을 높은 온도로 가열하여 액정 배향이 안정화되도록 하면서, 자외선(線) 조사가 수행되는 경우 기판은 완만 냉각 오븐 내에서 천천히 식어져서 실온까지 낮아진다. 냉각율은 양호하게는 3℃/h부터 20℃/h까지 이르며, 더 양호하게는 5℃/h부터 10℃/h까지 분포한다. 고분자 벽(7)이 형성된 후, 자외선 조사가 약한 강도로 매우 짧은 시간동안 다시 수행되어, 스페이서(9)는 고분자 벽(7)내에서 비반응 재료를 경화시키거나 고분자가 충분히 가교되게 함으로써, 봉입된다.

이후, 제3a도 내지 제3e도에 기초하여 스페이서(9)가 어떻게 고분자 벽(7)내로 도입되는지 설명할 것이다. 이 경우, 고분자 벽으로 구성되고 광경화성 수지 내에 위치되는 경향이 있는 구형 스페이서가 사용된다. 이후의 설명에서, 조사 단계의 기판 온도는 액정 등방 액체 상태에 있게 되는 온도로 맞춘다.

제3a도는 노출 단계가 수행되기 전에 기판쌍(1a)와 (1b) 사이에 위치한 간격안으로 혼합체(13)를 주입하게 되는 액정 패널을 도시한다. 스페이서(9)은 기판 간극 제어 물질과 마찬가지로 기판의 전 표면에 걸쳐서 흩어져 있다. 이런 상태일 때, 스페이서(9)는 양 기판과 접촉된다.

다음으로, 제3b도는 자외선 조사 단계를 도시한다. 포토마스크(14)는 광 입력 측면인 기판(1a)의 표면 위에 형성되어 픽셀 영역을 둘러싸게 되며, 그리고나서 자외선(8)이 거기에 조사된다. 포토마스크(14)가 형성된 영역, 즉 광차단 영역(10)은 상대적으로 약한 조사를 받는 반면, 포토마스크(14)가 전혀 형성되지 않은 영역, 즉 광투과 영역(11)은 상대적으로 강한 조사를 받게 된다. 강조사(强照射)를 받는 영역의 고분자화율은 약조사(弱照射)를 받는 영역보다 높으며, 따라서 고분자 벽(7)은 제3b도에 도시된 대로 사선으로 표시된 영역으로 형성된다. 기판의 온도는 액정이 등방 액체 상태에 있도록 하는 온도로 맞춘다. 만약 패널이 TN₁와 같거나 높은 온도로 가열되면, 액정을 포함하는 혼합체의 체적은 커진다. 그 결과, 위에서 언급한 대로 기판과 접촉 상태에 있던 스페이서와 기판 사이에 어느 정도의 공간이 형성된다. 그 공간은 스페이서가 이동하도록 만들어준다. 이 조건하에서, 다음에 설명하는대로, 광 조사와 완만 냉각을 수행함으로써 스페이서가 원하는 위치로 이동하게 된다. 이렇게 스페이서를 이동시키는 원리는 본 발명에 따른 다른 예에도 적용된다.

제3c도는 자외선이 조사하고 난 후, 완만 냉각 과정을 도시한 것이다. 이 과정에서 액정과 고분자 상분리(相分離)가 진행되며, 액정 영역(6)이 점차 자라난다. 동시에 광경화 수지 내에 위치하는 경향을 가진 스페이서(9)는 액정의 표면 장력으로 인해 액정 영역(6) 밖으로 움직이게 된다.

완만 냉각이 진행되면서, 제3d도에 도시한 대로 액정 영역(6)이 확장되며, 동시에 스페이서(9)가 바깥쪽으로 더 이동하여 고분자 벽(7)내에 집중 형성된다.

이 단계에서, 고분자 벽(7)은 완전히 경화되지 않고 유연성을 지니고 있기 때문에 광경화 수지내에 위치하는 경향을 가진 스페이서(9)가 고분자 벽(7)내에 도입되도록 만들어준다.

마지막으로, 제3e도에 도시한 대로, 자외선조사 단계가 다시 수행되어 비반응 물질이 경화되고 고분자가 충분히 가교되도록 만들어준다. 이 그림에 도시한대로, 자외선 조사는 기판(1a)의 전 표면에 대해 수행되어, 스페이서(9)가 경사선으로 표시된 고분자 벽(7)내에 제한되어 존재하도록 한다.

이렇게 얻어진 LCD 내에서, 고분자 벽(7)내에 있는 스페이서(9)의 개수는 액정 영역(6)내에 있는 스페이서 개수보다 크다. 그 결과, 모든 또는 많은 수의 스페이서(9)가 픽셀에서 제거된다. 그러므로, 고화질과 높은 콘트라스트를 지닌 LCD를 얻을 수 있다.

위에서 언급한 방법으로 제조한 LCD는 , 셀 내에 주입되는 액정 재료를 바꾸고 또는 배향막을 바꿈으로써 TN 모드, STN모드, FLC 모드, ECB 모드의 어느것으로도 사용된다. 부가하여, 이 LCD는 광산란 모드를 유용하게 쓰는 LCD로 사용할 수 있으며, 셀 또는 반사기의 양 표면 상에 편광판을 제공함으로써 투과형 또는 반사형 LCD로써 사용할 수 있다.

이후, 실시예 1과 관련하여 설명된 구체예 1이 자세하게 설명될 것이다.

[구체예 1-1]

첫째, 두께가 200nm이고 ITO로 만들어진 투명 전극쌍(2a)와 (2b)이 스퍼터링 기술로 기판쌍(1a)와 (1b)위에 형성된다. 다음으로, SiO₂로 만들어진 전기적 절연막(3a)와 (3b)가 형성되어 스퍼터링 기술에 의해 투명 전극(2a)와 (2b)를 둘러싸게 된다. 배향막(4a)와 (4b)는 절연막 위에 형성되며, 나일론 천으로 러빙(rubbing)하는 공정을 거치게 된다. 이 상태하에 있는 기판(1a)와 (1b)는 투명 전극(2a)와 (2b)가 서로 직교하여 위치하도록 마주보게 되며, 그리고나서 구형 스페이서(9)(Micropearl; Sekisui Fine Chemical, Co., Ltd.가 제조함)은 평방 밀리미터당 50개 정도의 스페이서가 투명 전극들 사이에서 흩어져 존재하게 된다. 마지막으로, 이 기판들의 단부는 봉합재(5)(StructbondXN-21S; 굽는 온도:140℃에서 150℃/2h)로 서로 밀착되며, 이후 액정 셀을 제조하게 된다. 이 액정 셀의 기판(1a)와 (1b) 사이 간격 안으로, 액정 물질로 키랄재(S-811)를 0.3% 포함하는 ZLI-4792(Merck Co., Inc.가 제조) 4g, R-684(Nippon Kayaku Co., LTD가 제조) 0.1g, p-페닐스티렌 0.07g, 아이소보닐 메타크릴레이트 0.8g, 광경화수지로서 퍼플루오로메타아크릴레이트 0.1g, 광중합개시제로서 이가큐어 651(Ciba Gcigy가 제조) 0.03g을 포함하는 혼합물이 약 30℃의 주변 온도에서 주입된다.

다음으로 기판 중 하나의 표면이 픽셀 영역이 광산란 영역이 되도록 포토마스크(14)로 둘러싸인다. 그리고나서 자외선은 10mW/㎠의 세기로 평행화된 광을 방사하는 고압 수은등을 사용하여 조사된다. 조사가 끝난 후, 셀은 완만 냉각 오븐 안에서 천천히 냉각된다. 더 나아가, 자외선 조사는 약한 강도로 짧은 시간동안 다시 수행되어, 비반응 물질이 경화되고 고분자가 충분히 가교되도록 만들어준다.

마지막으로, 편광판은 액정 셀의 바깥 표면 양쪽에 부착되어, TN 모드에서 액정 표시 소자를 제조하게 된다.

이렇게 얻어진 LCD는 현미경으로 관찰되었다. 그 결과, 액정 영역이 픽셀 부분(12)에 집중되고 제2도에 도시한 대로, 어떤 스페이서(9)도 픽셀 부분(12)에 남아있지 않게 된다. 이 구체예에 따라서, 스페이서(9)가 고분자 벽(7)내에 있도록 해주는 경향을 가진 물질로 구성된 배향막이 사용되어, 고분자든 스페이서든 액정 영역과 배향막 사이의 계면안에 남아있지 않도록 함으로써 액정의 배향 상태 안에 충실히 있도록 하여준다. 고분자 벽(7)은 그 안에 도입된 스페이서(9)와 함께 포토마스크 패턴에 실질적으로 상응하여 형성되며, 어떤 액정도 고분자 벽(7) 내에 도입되지 않으며, 어떤 고분자 벽(7)도 픽셀 부분(12)로 침투하지 않는다. 이런 LCD(1)의 콘트라스트 비(比)는 30 정도 된다. 콘트라스트 비는 LCD를 통해 광을 투과하여 얻어지고, 어떤 전압도 인가되지 않을 때의 투과도와 포화 전압이 인가될 때의 투과도 사이의 비(比)로 표시된다.

[비교예 1-1]

이 예에서, TN 모드의 LCD는 부착성 스페이서가 스페이서로 사용된다는 점만 제외하고, 실시예 1과 구체예 1과 똑같은 방법으로 제조된다.

이렇게 얻어진 LCD는 현미경으로 관측된다. 그 결과, 액정 영역이 픽셀 부분(12)내에 집중되고 제4도에 도시한 대로 어떤 스페이서(9)는 픽셀 부분(12) 내에 존재하게 된다. 부가하여, 스페이서에 부착된 고분자 수지는 액정 영역과 배향막 사이의 계면안에 남아 있게 되며, 따라서, 액정은 배향 상태를 충실하게 있지 못하게 된다. 몇가지 고분자 벽(7)이 벽 주위에 남아있는 스페이서(9)에 의해 영향받은 포토마스크 패턴과 일치하는 위치에 형성된다. 이 LCD의 콘트라스트비는 23이 된다.

[비교예 1-2]

이 예에서, TN 모드 내의 LCD는 실리카 비드(완전한 구형; Catalysis Chemi cals 제조)가 스페이서로 사용되는 것을 제외하고, 실시예 1 및 구체예 1-1과 마찬가지 방법으로 제조된다.

이렇게 얻어진 LCD는 현미경으로 관측된다. 그 결과, 액정 영역은 픽셀 부분(12) 안에 집중되며, 어떤 영역(9)은 픽셀 부분(12)안에 남게되며 스페이서(9)의 몇몇 럼프는 제5도에 도시된 대로 픽셀 부분(12)내에서 형성된다. 부가하여, 픽셀 부분(12)내에서 고분자 수지는 스페이서에 부착되고, 여기저기에 연장된 흔적을 남긴다. 따라서, 액정은 배향 상태에 충실하게 있지 않게 되며, LCD의 콘트라스트비는 20이 된다.

TN 모드 내의 LCD가 스페이서로 알루미나(Alphaite; Showa Electric Indus trial이 제조)를 사용하여 제조하는 경우, 유사한 결과를 실리카 비드를 사용하는 경우와 마찬가지로 얻게 된다.

상기 예와 구체예에서, 심플-매트릭스 드라이빙(simple-matrix driving)으로 화면 표시를 수행하는 LCD가 설명되었다. 그러나, 본 발명은 박막 트랜지스터(TFTs) 또는 금속 절연 금속(MIMS)을 사용하는 액트비-매트릭스 드라이빙(active-matrix driving)과 그와 유사한 것으로 여러 가지 종류의 화면 표시를 수행하는 다른 LCD들에도 적용된다. 따라서 드라이빙 방법은 본 예에서 기술된 방법에 제한되지 않는다. 본 예의 LCD는 컬러 필터와 블랙 마스크가 LCD에 대해 제조된다면 컬러 디스플레이를 수행하게 된다. 더 나아가, 본 발명의 방법은 TN 모드를 제외하고, STN 모드, FLC 모드, ECB 모드, 광산란 모드에 사용가능한 액정이 고분자 벽으로 둘러싸여 있을 때 LCD에 적용되며, 본 발명은 투과형 LCD 또는 반사형 LCD 어느쪽에나 적용될 수 있다.

[실시예 2]

본 발명의 두 번째 실시예에 따른 STN 모드 내의 LCD는 제1도에 도시된 LCD와 똑같은 방법으로 제조된다. 제1도에 도시된 LCD안에서, 유리 또는 그와 유사한 것으로 제조된 기판쌍(1a)와 (1b)는 서로 마주보도록 배치되며, 고분자 벽(7)이 둘러싼 액정 영역(6)은 기판쌍(1a)와 (1b) 사이에 끼워져서, 표시 매체로 사용된다. 표시 매체 측의 기판(1a)와 (1b)의 표면상에서, 띠 모양의 투명 전극(2a)와 (2b)가 형성된다. 전극(2a)와 (2b)위에 전기적 절연막(3a)와 (3b)가 형성된다. 액정 영역(6)을 포함하는 픽셀 부분(12)가 투명 전극(2a)와 (2b)와 바깥쪽에서 마주보는 영역으로 정의된다. 마주보는 기판(1a)와 (1b)의 단부는 봉합재(5)가 서로 부착시켜준다. 부가하여, 스페이서(9)이 기판 간극 제어 물질로서 기판쌍(1a)와 (1b) 사이의 간격에 존재한다. 제2도의 평면도에서 도시되듯이, 고분자 벽(7)내에 존재하는 스페이서(9)의 개수는 액정 영역(6)을 포함하는 픽셀 부분(12) 안에 존재하는 스페이서(9)의 개수보다 크다. STN 모드의 본 LCD는 예를 들어 다음 방식으로 제조된다. 첫째, 인듐-주석 산화(ITO)막은 스퍼터링 기술로 막의 두께가 200nm가 되도록 기판(1a)와 (1b)상에 증착된다. 그래서 스퍼터링 기술에 따라 SiO₂로 만들어진 전기적 절연막(3a)와 (3b)을 형성하여 막(3a)와 (3b)가 조각 모양의 투명 전극(2a)와 (2b)를 둘러싸게 만든다. 그리고나서, 그 위에 배향막(4a)와 (4b)가 스핀 코팅 폴리이미드(spin-coating polyimide; Sunever 150, Nissan Chemical Industries Ltd.)에 의해 형성되고, 한 방향으로 나일론 천과 그와 유사한 것으로 러빙하는 공정을 겪게 된다. 투명 전극(2a)와 (2b)의 개수는 두께 방향으로 셀 때, 1밀리미터당 네 개가 되도록 한다. 인접 전극 사이의 간격은 25㎛가 되도록 한다.

다음으로, 러빙 공정을 겪는 기판쌍(1a)와 (1b)는 서로 마주보도록 위치되어 배향 방향이 60℃의 각도로 교차하도록 한다. 구형 스페이서(Haya Beads L 11; Hayakuwa Rubber가 제조)가 평방 밀리미터당 50개의 스페이서가 존하도록 러빙 공정을 겪는 기판(1a)와 (1b) 중의 하나에 흩어져 존재하게 된다.

따라서, 기판(1a)와 (1b)의 단부는 봉합재(5)(structbond XN-21S; 굽는 온도; 140℃에서 150℃/2h)가 부착되도록 만들어주고, 이에 따라 액정 셀이 제조된다. 그리고나서, 표시소자 매체로 사용되는 혼합체 재료가 30℃의 주변 온도로 이 액정 셀의 기판(1a)와 (1b) 사이의 간격안으로 주입된다. 표시 매체를 위한 혼합 물질은 액정 재료 ZLI-4427 4g(Merck Co., Inc가 제조하는 S-811 포함), R-684 0.1g(Nipp on Kayaku Co., Ltd가 제조), p-페닐스티렌(p-phenylstyrene)0.07g, 아이소보닐메타크릴레이트(isobornylmethacrylate) 0.8g, 광경화 수지 재료로 쓰는 퍼플루오로메타크릴레이트(perfluoromethacrylate) 0.1g, 그리고 광중합 개시제로 쓰이는 이가큐어 651 0.03g(Ciba Geigy가 제조)를 혼합하여 얻어진다. 다른 종류의 경화 수지는 고분자 벽(7)을 제조하는데에 쓰인다. 주입 구멍은 통상 사용하는 UV 경화 수지로 봉합된다. 이 단계에서, 기판의 표시 영역(또는 주입 혼합체)은 광으로 조사되어서는 안된다. 다음, 포토마스크가 상기 설명된 방법으로 제조된 액정 셀의 기판 중 하나 위에 설치되어 픽셀 영역이 자외선을 차단하게 해준다. 그리고나서, 혼합체 재료는 포토마스크 쪽에서 오는 자외선으로 조사된다. 예를 들어, 평행광 자외선을 조사하기 위한 고압력 수은등이 광원으로 사용된다. 광 조사는 고압력 수은등의 세기가 10mW/㎠일 때 수행된다. 이런 UV 광 조사 동안의 기판 온도는 네마틱(nematic) 상에서 등방 액체 상으로 액정 전이하는 온도 TN₁와 같거나 또는 더 높은 온도가 된다.

선택적으로 광을 조사하는 수단으로써, 유기막, 비유기막, 또는 셀 안에 형성된 금속막이 선택적으로 조사된 광을 배분하기 위해서, 포토마스크를 대체하여 사용될 수 있다.

액정의 배향을 안정화시키기 위해 기판을 높은 온도(TN₁또는 더 높게)로 가열하면서 자외선 조사가 수행되는 경우, 기판은 조사 단계가 끝난 후 완만 냉각 오븐 안에서 실온까지 천천히 냉각된다. 냉각율은 양호하며는 3℃/h에서 20℃/h까지 이르며 더 양호하게는 5℃/h에서 10℃/h의 범위가 된다. 고분자 벽(7)이 형성된 후, 자외선 조사는 약강도로 짧은 기간 동안 다시 수행되어, 비-반응 재료를 경화시킴으로써 스페이서(9)가 고분자 벽(7)내에 봉합되도록 하거나 고분자가 충분히 가교되게 만든다. 이런 방식으로, 액정 영역과 고분자 벽 영역은 형성된다. 액정 영역은 240°의 비틈 각도를 갖는 STN 배향을 나타낸다. 제6도에 도시된 대로, 편광판(17)은 상기 방법으로 제조된 제1도의 패널에 부착된다. 제9도에 도시된 대로, 편광판(17)의 각각의 두 편광 방향, P와 A의 사이에 생기는 각도는 60°로 정해지며, 두가지 편광 방향 P와 A, 그리고 그에 상응하는 두가지 러빙 방향 R1과 R2 사이에 생기는 각도는 각각 45°로 정해지며, 그래서 황색 모드 투과형의 STN 모드 LCD를 만들게 된다. 예 2에서, 본 발명은 위상판을 사용하지 않는 STN 모드내의 투과형 LCD에 적용된다. 그러나, 본 발명은 그런 영역에만 제한되지 않고 대신 반사기를 제공하여 STN 모드의 반사형 LCD에도 적용될 수 있다. 위상판이 LCD에 제공되는 경우, 단색 디스플레이 컬러 그리고 그와 유사한 것이 사용된다.

각각의 픽셀에 상응하도록 패턴화된 위상판이 STN 모드의 LCD에 대해 제공되면, 높은 콘트라스트를 지닌 액정 표시 소자 모드가 실현된다. 기판 재료도 이 경우에 특정하게 제한되지 않으며, 유리판 또는 플라스틱막과 같은 광-투과 투명체가 사용된다. 부가하여 기판쌍중 하나는 금속을 포함할 수 있다.

더욱이, 광 중합성 복합 재료와 다른 굴절율을 갖는 세밀한 입자를 혼합하여 얻은 기판 간극 제어 물질이 사용되면, 세밀한 입자는 고분자 벽으로 흡수될 수 있고, 고분자 벽은 광을 산란하게 된다. 액정 셀의 네 개의 픽셀에(제2도에 도시한 대로) 상응하는 영역은 광학 현미경이나 주사(SCANNING) 전자 현미경으로 관측된다. 그 결과, 어떤 스페이서(9)나 고분자도 액정 영역(6)과 배향막(4a)와 (4b) 사이의 계면에 남아있지 않은 것이 밝혀지며, 액정은 배향 상태에 충실히 있게 된다. 고분자 벽(7)은 실질적으로 그 안에 도입된 스페이서(9)와 함께 포토마스크 패턴에 상응하여 형성되며, 어떤 액정도 고분자 벽(7) 안에 도입되지 않으며, 어떤 고분자 벽(7)도 픽셀 부분(12)로 침투하지 않는다. 이렇게 제조된 LCD의 전기 광학적 특성 중 하나인 콘트라스트비는 15로 측정된다. 콘트라스트비는 광을 LCD를 통해 투과시킴으로써 측정되며, 어떤 전압도 인가되지 않은 때의 투과도와 포화 전압이 인가될 때의 투과도 사이의 비로 표시된다. 상기 정의된 액정 영역보다는 고분자 벽 내에 존재하는 경향이 있는 기판 간극 제어 물질에 적용되는 비(比)는 본 예의 LCD에 대해 계산된다. 그 결과는 다음 방정식으로 표현된다.

(고분자 벽 내에 존재하는 기판 간극 제어 물질의 개수)/(액정 영역내에 존재하는 기판 간극 제어 물질의 개수) = 1.32

[비교예 2-1]

이 비교예에서는 상기 언급한 구조를 갖는 다섯 종류의 LCD가 실시예 2에서 사용된 구형 스페이서를 대체하여, 다음의 표 1에서 도시된 기판 간극 제어 물질을 사용하여 제조된다. 각각의 LCD에 대한 콘트라스트비는 표 1에 나타난 비와 같다.

LCD(1,5)는 화소내에 존재하는 스페이서의 수가 적고, 화소 영역내로 고분자 벽(polymer walls)이 밀고 들어가는(intrude) 일이 거의 없다. 대부분의 영역에서 실질적으로 포토마스크 패턴에 따라 고분자 벽이 형성된다. LCD(2,3,4)는 화소들내에 존재하는 스페이서의 수가 많고, 고분자 벽 주변에 잔존하는 스페이서(9)의 영향으로, 포토마스크 패턴으로부터 벗어난 부분에 스페이서(9)들에 접착되고(adhere) 연장된 흔적(elongated trails)이 남은 고분자 수지가 잔존하고 있었다.

또, 액정 영역보다도 고분자 벽 내에 존재하기 쉬운 재료로 된 기판 간극 제어 물질의 정의에 사용된 값을 조사해본 결과, (고분자 벽 내에 존재하는 기판 간극 제어 물질의 개수)/(액정부에 존재하는 기판 간극 제어 물질의 개수)의 값이, LCD(1)은 1.14, LCD(2)는 0.53, LCD(3)은 0.61, LCD(4)는 0.58, LCD(5)는 1.17이었다.

따라서, 액정 영역보다도 고분자 벽 내에 존재하기 쉬운 재료로 된 스페이서를 사용하는 경우는, 화소내에 존재하는 스페이서의 수가 적어져서, 화소 영역과 고분자 벽이 섞이는(mingle) 일은 거의 없고, 대부분의 영역내에서 포로마스크 패턴에 따른 고분자 벽이 형성될 수 있다. 그러므로, 콘트라스트가 좋은 LCD가 얻어질 수 있다.

[실시예 3]

본 실시예는, 기판 간극 제어 물질을 임의의 위치에 배치하는 경우이다. 즉, 스페이서 인쇄 기술에 의한 기판 간극 제어 물질을 배치하는 경우이다. 이 경우도, STN 모드 LCD로 설명한다.

본 실시예 3에 관한 STN 모드 LCD의 단면도는 제1도와 같다. 제1도에 있어서, LCD는 유리 등으로 된 한 쌍의 기판(1a,1b)이 대향 배치되고, 그 사이에 고분자 벽(7)에 둘러싸인 액정 영역(6)이 끼여(sandwiched) 표시 매체로 되어 있다. 기판(1a,1b)의 표시 매체측 표면에는 띠 모양의 투명 전극(2a,2b)이 형성되고, 그 위에 전기 절연막(3a,3b)이 형성되어 있다. 이들 투명 전극(2a,2b)이 대향하는 부분이 화소부(pixel portions; 12)로 되어 있고, 이 화소부(12)내에 상기 액정 영역(6)이 존재한다.

대향 배치된 기판(1a,1b)의 단부는 봉합재(sealing agent; 5)에 의해 서로 접착되어 있다. 또, 한쌍의 기판(1a,1b) 사이의 간극(gap)에는 기판 간극 제어 물질로서 스페이서(9)가 존재하고 있다. 제7도의 평면도로 도시한 바와 같이 액정 영역(6)을 포함하는 화소부(12)내에 존재하는 스페이서(9)의 수보다 고분자 벽(7)내에 존재하는 스페이서(9)의 수가 더 많다.

이 STN 모드 LCD는 예를 들면 이하와 같이 제조할 수 있다.

먼저, 기판(1a,1b)상에 스퍼터링 기술에 의해 ITO(Indium Tin Oxide) 막을 두께 200nm로 증착(deposit)하고, 띠 모양의 투명 전극(2a,2b)을 덮도록 SiO로 된 전기 절연막(3a,3b)을 스퍼터링 기술에 의해 형성한다.

다음에, 그 위에 폴리 이미드(Sunever 150 : Nissan Chemical Industries Ltd. 제조)를 스핀 코팅(spin coating)으로 도포하고 배향막(alignment films)(4a, 4b)를 형성하고, 배향막(4a,4b) 각각에 대해 한 방향으로 나일론 포 등으로 러빙(rubbing) 처리를 했다. 또, 상기 투명 전극(2a,2b)는 모두 그 폭 방향의 1mm 당 4개, 인접하는 전극끼리의 간격(gap)을 25㎛으로 했다.

다음에, 상기 러빙 처리를 행한 한쌍의 기판(1a,1b)의 어느 한쪽의 기판에, 입상(spherical) 스페이서(Micropearl; 세키스이 케미칼 사 제품)을 범용성 있는 UV 수지에 분산시킨 것을 (스페이서 함량 30wt%), 금속제의 스크린 판을 통해, 예를 들면 제7a도~제7d도에 도시한 것과 같은 패턴들중의 하나로 인쇄했다.

이때, 러빙 처리 공정과, 스페이서의 인쇄의 공정은, 어느 쪽도 먼저 행해도 좋다. 또, 스페이서 인쇄를 먼저 행할 경우는, 광 또는 열을 가하여 스페이서를 포함한 UV 경화 수지 또는 열 경화 수지를 경화시킨 후 러빙 공정을 행한다. 상기 인쇄에는, 스페이서 포지셔너(spacer positioner; IC-TECH사 제품)를 사용했다. 제8도는, 상기 제7b도의 패턴을 사용한 경우의 인쇄 상태를 나타낸다. 제8도에 있어서의 인쇄는 기판(106)상에 제7b도의 패턴으로 스페이서를 설치하기 위한 호울(104; 직경 10㎛)을 갖는 금속제의 스크린 판(102)를 배치하고, 그 스크린 판(102)위에 배치한 스페이서(108) 포함 UV 경화 수지 또는 열 경화 수지를 스퀴지(squeegee : 110)으로 인쇄 방향(112)으로 이동시켜 감에 의해 행하고 있다. 도면부호 (116)은 기판(106)상의 화소에 대응하는 부분에 나타낸다. 다음에, 자외선 조사(UV ray irradiation)에 의해, 스페이서(114)를 제7a도~제7d도에 도시한 바와 같은 패턴 중의 하나에 해당하는 것으로 기판(106)상에 고정했다.

또, 본 실시예에서는 제7a도~제7b도에 도시한 바와 같은 인쇄 패턴을 사용하였으나, 스페이서의 수가 화소 영역에 비해 고분자 벽 부분에 더 많이 존재하는 패턴이면 어느 패턴이라도 사용될 수 있다. 또, 본 실시예에서는 상기 스페이서를 2장의 기판의 어느 한쪽에 인쇄하였으나, 스페이서를 양쪽 기판에 인쇄할 수도 있다. 또, 사용하는 스페이서의 종류, 재질은 어떤 것이라도 좋다.

다음에, 상기 러빙 처리를 행한 2장의 기판(1a,1b)을 러빙 배향 처리 방향이 서로 60°로 되도록 대향시킨다. 이 기판(1a,1b)의 단부를 봉합재(5); 스트럭트 본드 XN-21S, 소성 온도 140~150℃/2h)에 의해 서로 접착시켜 액정 셀을 제조했다.

다음에, 이 액정 셀의 기판(1a,1b)의 간극에 표시 매체용의 혼합 재료를 약 30℃의 분위기 온도(ambient temperature)로 주입했다. 상기 표시 매체용의 혼합 재료는 4g의 액정 재료 ZLI-4427(메르크사 제품인 S-811을 포함)과, 광 경화성 수지로서 R-684(닛뽄 가야쿠사 제품) 0.1g과, p-페닐 스티렌 0.07g과, 이소보닐 메타크릴레이트 0.8g과, 퍼플루오로 메타크릴레이트 0.1g과(이상의 4가지는 광 경화성 수지에 상당함), 광 중합 개시제로서 Irgacure 651(시바 가이기사 제품) 0.03g을 혼합한 것이다.

여기서, 고분자 벽(7)의 형성에는, 다른 경화성 수지를 사용할 수 있다. 또, 주입공(injection holes)은 기판의 표시부(또는 주입된 혼합물)에 빛이 닿지 않도록 하여 시판되는 UV 경화 수지로 밀봉(sealing)한다.

다음에, 상기와 같이 제조된 액정 셀의 한쪽의 기판상에 화소 부분이 자외선을 차단하도록 포토마스크를 입히고, 포토마스크 측으로부터 자외선을 상기 혼합재료에 조사한다. 이 조사시, 일례로서 광원에 평행광을 얻을 수 있는 자외선 조사용의 고압 수은 램프를 사용하고, 조사는 고압 수은 램프에서 방사된 광강도가 10mw/㎠의 것에서 행한다. 이때의 기판 온도는 기판 간의 액정 상태가 네마틱 상태로부터 등방성 액체 상태로 전이되는 온도 TN이상의 온도 영역에서 행해도 좋다. 또, 광을 선택적으로 조사시키는 수단으로서는, 포토마스크 대신 액정 셀 내부에 형성된 유기막(organic film), 무기막(inorganic film) 또는 금속막에 의해 선택적으로 조사 광 분포를 발생시키는 방법으로 사용해도 좋다.

또, 자외선 조사 후는 액정의 배향(orientation)을 안정시키기 위해 고온(TN이상) 하에서 행한 경우, 조사후 저속 냉각(slowly cooled down) 오븐(oven)내에서 기판을 실온까지 저속 냉각시킨다. 저속 냉각의 속도는 3℃/h~20℃/h, 더욱 바람직하게는 5℃/h~10℃/h로도 좋다. 또 고분자 벽(7)의 형성 후, 미반응물을 경화시켜 고분자의 가교(crosslink)를 충분히 행하기 위해 기판에 단시간, 낮은 조도로 UV 조사를 행해도 좋다. 이와 같이 하여 액정부와 고분자 벽부를 형성했으나, 액정부는 240°트위스트한 STN배향을 하고 있었다. 상기와 같이 제조한 제1도에 도시한 바와 같이 액정 패널에 제6도에 도시한 바와 같이 편광판(polarizer : 17)을 접착시킨다. 이때, 제9도에 도시한 바와 같이, 편광판(17)의 두 편광 방향 P와 A 사이의 각도는 60도로, 두 편광 방향 P, A와 대응하는 두 러빙방향 R1, R2 사이의 각은 각각 45°로 되도록 방향을 맞추었다. 이에 의해, 옐로우 모드(yellow mode) 투과형의 STN형 LCD가 제조된다.

상기 액정 패널의 4개의 화소 부분을 현미경 및 SEM으로 관찰한 결과, 대략 스크린 판의 패턴 대로의 위치에 스페이서(9)가 존재하고, 대략 포토마스크 패턴에 다른 고분자 벽(7)이 형성되어 있었다. 이와 같이 제조된 액정 표시 소자의 전기 광학 특성의 하나인 콘트라스트 비는 제7a도~제7d도의 각 패턴으로 제조한 액정 패널은 어느 것도 15이고, 실시예 2의 액정 패널의 콘트라스트 비와 동일하였다. 이 콘트라스트 비의 측정은 광을 액정 패널에 투과시켜 측정하는 방법을 채용했다. 또, 콘트라스트 비는 전압을 인가하지 않을 때의 광의 투과율과 포화 전압을 가한 때의 광의 투과율의 비에 의해 나타냈다.

또, 본 실시예는 위상차 판(phase plates)이 없는 투과형 STN형 LCD의 실시예를 나타냈으나, 본 발명은 이들에 한하지 않고, 반사판을 설치한 반사형 STN형 LCD에도 적용할 수 있다. 또, 위상차 판을 설치하여 표시 색을 흑백(monochrome) 등으로 할 수도 있다. 더욱이, 그 STN 모드 LCD에 화소마다 패턴화된 위상차 판을 설치함에 의해 고품질의 액정 표시 모드를 제조할 수 있다. 또, 기판 재료는 본 실시예에 특히 한정하지 않으나, 광을 투과하는 투명 고체(예를 들면, 유리판, 플라스틱 필름)인 것 또는 한편의 기판이 금속 등을 갖는 기판도 사용할 수 있다.

또, 광 중합성 화합물 재료와 굴절율이 다른 미립자를 혼합시킨 기판 간극 제어 물질을 사용함에 의해, 고분자 벽 내에 미립자들이 도입되어 고분자 벽이 광을 산란시키는 상태로 할 수 있다.

[실시예 4]

본 실시예 4는 고분자 벽이 그 재료와 굴절율이 다른 미립자를 포함하는 경우이다. 본 실시예에서는 한쌍의 기판으로 구성되는 액정 셀의 간극에 주입하는 혼합물질을 제외하고는 실시예 2와 마찬가지로 하여 STN형 LCD를 제조했다.

본 실시예의 혼합 물질은 4g의 액정 재료 ZLI-4427(Merck Co., Inc 제품인 S-811을 포함)과, 광 경화성 수지로서 R-684d(Nippon Kayaku Co., Ltd 제품) 0.1g과, p-페닐 스티렌 (p-phenylstyrene) 0.07g과, 이소보닐 메타크릴레이트 (isobornylmethacrylate) 0.8g과, 퍼플루오로 메타크릴레이트(perfluoromethacrylate) 0.1g과(이상의 4가지는 광 경화성 수지에 해당함), 광 중합 개시제로서 Irgacure 651(CIBA GEIGY사 제품) 0.03g과, 미립자로서 산화 니오븀 졸(입자의 직경 0.5㎛, 굴절율 n=1.432) 0.6g을 혼합한 것을 사용했다. 또, 고분자 수지의 굴절율은 n=1.174이다.

본 실시예에서 제조된 LCD에 있어서는, 상기 미립자는 패널 전체에 존재하는 것으로 된다. 그러나, 미립자는 입의 직경이 작으므로, 화소부에 존재해도 패널의 화질 및 콘트라스트에 주는 영향은 없다. 여기서, 미립자가 고분자 벽의 내부에도 존재하는 것으로 된다. 이 구성의 LCD의 밝기(L*값)을 미놀타제 분광 측색계(spectrophotometer; CM-1000)로 측정한 결과, L*값 = 41.3이었다. 반면에, 실시예 2에서 제조한 패널의 L*값을 미놀타제 분광 측색계(CM-1000)로 측정한 결과, L*값 = 38.1이었다. 따라서, 본 실시예에 의한 경우에는, 미립자를 약 8% 정도 혼합물에 가함으로써 L*값이 증가한다. 그 결과, 고분자 수지와 굴절률이 다른 미립자를 혼합함에 의해 패널의 밝기를 개선할 수 있다.

또, 상기 미립자로서는, 상기 실시예에 사용한 재료 이외에, 굴절율이 고분자 수지와 다르고 입자 직경이 스페이서보다 작으면 어떤 것으로도 사용할 수 있다. 또, 본 실시예에서는 미립자로서는 1 종류의 것을 사용하고 있으나 본 발명은 이에 한하지 않고 2 종류 이상의 미립자를 사용해도 마찬가지의 효과가 얻어지는 것은 물론이다.

[실시예 5]

이하에 본 발명에 따른 실시예 5를 설명한다.

실시예 5의 LCD의 구성은 제1도에 도시되는 구성과 같다. 제1도에 있어서, 유리 등으로 된 한쌍의 기판(1a,1b)이 대향 배치되고, 그 사이에 고분자 벽(7) 및 액정 영역(6)이 끼워져 표시 매체로 되어 있다. 표시 매체 측에 대응하는 기판(1a,1b)의 표면에는 각각 띠 모양의 투명 전극(2a,2b)이 각각 형성되고, 그 위를 덮도록 필요하면 전기 절연막(3a,3b)이 각각 형성되고, 또 그위에 배향막(4a,4b)이 각각 형성되어 있다.

이들 투명 전극(2a,2b)이 대향하는 부분이 화소부(12)로 되어 있고, 이 화소부(12)는 상기 액정 영역(6)을 포함하고 있다. 대향 배치된 기판(1a,1b)의 단부는 밀봉재(sealing agent : 5)에 의해 서로 접착되어 있고, 기판(1a,1b)의 간극에는 기판 간극 제어 물질로서 스페이서(9)가 존재하고 있다.

이 LCD는 예를 들면 이하와 같이 하여 제조할 수 있다.

먼저, 기판(1a,1b) 상에 각각 스퍼터링 기술에 의해 ITO(Indium Tin Oxide)막을 두께 200nm로 퇴적하고, 띠 모양의 투명 전극(2a,2b)을 각각 형성한다. 이 투명 전극(2a,2b)을 덮도록, 스퍼터링 기술에 의해 전기 절연막(3a,3b)을 각각 형성한다. 이어서, 그 위에 배향막(4a,4b)을 각각 형성하고, 배향막(4a,4b)에 대해 나일론 포 등으로 러빙 처리를 행한다. 상기 기판 재료로서는, 적어도 하나의 기판(1a,1b)이 광을 투과하는 투명 재료이면 어느 것도 사용할 수 있고, 예를 들면, 유리, 플라스틱 등을 들 수 있다. 따라서, 한쪽의 기판이 투명이면 다른 쪽은 금속막 등이 설치된 기판이더라도 좋다. 또, 배향막(4a,4b)은 형성되어 있어도 좋고, 필요가 없는 경우에는 형성하지 않아도 좋다.

이 상태의 양 기판(1a,1b)의 표면(배향막 4a,4b) 상에, 스페이서를 산포(scatter)한 후, 투명 전극(2a,2b)이 서로 직교하도록 대향시켜 기판(1a,1b)의 단부를 봉합재(5)에 의해 서로 접착시켜 액정 셀을 제조한다.

이와 같이 하여 제조된 액정 셀의 간극(기판 1a,1b의 간극)에 적어도 액정 재료 및 중합성 화합물을 포함한 혼합 재료를 주입한다.

상기 액정 재료로서는, 종래의 TN모드, STN 모드, ECB 모드, FLC 모드, 광 산란(light-scattering) 모드 등의 LCD에 이용되는 액정 재료라면 어느 것이라도 사용할 수 있다. 예를 들면 키랄 제(chiral agent)(S-811)을 0.3% 함유한 ZLI-4792(Merck Co., Inc가 제조함) 등을 들 수 있다.

또, 중합성 화합물로서는, 혼합 상태로 경화한 경우에 내압력치가 10g/mmΦ 이상으로 되는 것이라면 어느것도 사용할 수 있다. 예를 들면, 광 중합성 화합물로서는 p-페닐 스티렌, 아이소 보닐 메타크릴레이트, 퍼플루오로 메타크릴레이트의 혼합물 등을 사용할 수 있다. 이들의 중합성 화합물은, 단독으로 사용해도 수 종류를 조합시켜 사용해도 좋다. 혼합 재료에는, 더욱이 중합 개시제를 포함해도 좋다. 광 중합 개시제로서는 Irgacure 651(CIBA GEIGY 제품) 등을 사용할 수 있다. 또, 혼합 재료를 주입한 후, 자외선 경화 수지를 사용하여 주입공(injection hole)을 밀봉한다. 자외선 경화 수지에 자외선을 조사할 때에는 기판의 표시부(주입된 혼합물)에 자외선이 닿지 않도록 해야 한다.

다음에, 액정 셀의 외부로부터 상기 혼합 재료에 열 또는 자외선 등의 광(본 실시예의 경우는 광)을 가한다. 이 때, 열 또는 광 등의 에너지가 가해지는 측의 기판은 액정 영역(6)을 생성하고자 하는 임의의 투과 광량 등의 에너지 강도가 작게 되는 처리를 행한다.

이 자외선을 조사하는 경우에는 포토 마스크로 차광하거나, 금속막과 유기막, 또는 ITO 등의 무기막 등에 의해 자외선을 흡수시켜, 선택적으로 투과 광량 분포를 발생시킨다. 광원으로서는, 평행광 자외선 조사용의 고압 수은 램프 등을 사용할 수 있고, 그 조사는, 고압 수은 램프 하의 조사 강도 10mW/㎠의 위치에서 행한다. 이 자외선 조사 시의 기판 온도는 상온에서 행해도 좋고, 기판 사이에 있어서 액정이 등방성 액체 상태로 되는 온도(TN)이더라도 좋다. TN이상의 온도에서 자외선을 조사하는 경우에는, 액정 분자의 배향을 안정화시킬 수 있다.

이와 같이 에너지 강도 분포를 선택적으로 발생시킴에 의해, 에너지 강도가 강한 부분에서는 약한 부분에 비해 광 중합성 수지의 중합 속도가 늦게 되므로 고분자가 모이고, 역으로 약한 부분에는 액정이 모여, 액정과 고분자가 상 분리(phase separa tion)된다. 그 결과, 액정 영역(6)과 고분자 벽이 임의의 위치에 선택적으로 형성된 표시 매체가 양 기판(1a,1b)의 사이에 형성된다.

액정의 배향을 안정시키기 위해 기판 온도를 고온으로 가열하여 자외선 조사를 행한 경우에는, 저속냉각 오븐내에서 실온까지 저속냉각하는 것이 바람직하다. 저속냉각의속도는 3℃/h~20℃/h가 바람직하고, 더 바람직하게는 5℃/h~10℃/h이다. 이 저속냉각시에 예를 들면 제10a도에 도시한 바와 같이, 진동 발생 장치(21)와 초음파 발생 장치(22) 등을 사용해서 기판 및 혼합 재료 등으로 된 패널에 대해 10㎐~10㎑ 정도의 진동을 가한다. 이 경우, 패널(23)을 보유(retain)한 진동판(24)이 진동 발생 장치(21)상에 놓여지고, 패널(23)에 진동이 가해진다. 또는, 초음파 발생 장치(22)를 사용하는 경우는, 초음파 발생 장치(22)의 물 등의 액체 내에 패널(23)을 넣어서 패널(23)에 초음파를 가한다. 이와 같이 하여, 기판 갭이 변화하든지 하여 액정의 분자 운동이 크게 되고, 스페이서(9)의 이동도(mobility)가 크게 된다.

또, 저속냉각시에, 제10b도에 도시한 바와 같이, 양 기판(1a,1b)의 투명 전극(2a,2b) 사이에 구동 전압 정도의 전압, 예를 들면 STN 모드에서는 2~2.5V 정도의 전압을 구동 전압원(25)에 의해 인가시켜 액정 분자에 강한 분자 운동을 가해도 좋다. 이에 의해, 스페이서(9)의 이동도가 크게 되고, 고분자 벽(7) 내에 스페이서(9) 등의 미립자가 취입(introduced)되는 양이 많도록 할 수 있다. 그 결과, 고분자 벽(7)의 강도를 높여서, 기판의 내충격성(shock resistance)을 더욱 향상시킬 수 있다. 이 미립자로서는, 실리카 스페이서 등의 기판 간극 제어 물질, 철분이나 수지의 분말 등, 딱딱하고 미세한(fine) 입자라면 사용할 수 있다. 고분자 벽(7)에 포함된 스페이서(9)의 산포량은 임의이지만, 1㎟당 5~200개 정도가 바람직하다.

또, 고분자 벽(7)의 형성 후, 미반응물을 경화시켜 스페이서(9)를 고분자 벽(7)내에 봉입하거나, 고분자의 가교를 충분히 행하기 위해, 또, 자외선 조사를 단시간동안 낮은 조도로 행해도 좋다.

스페이서(9)가 고분자 벽(7)에 취입되는 현상에 관해서는, 제9a도~제9e도를 참조하여 전술한 바와 같다.

또, 제3c도 및 제3d도에 도시된 저속냉각 공정에 있어서, 제10a도 또는 제10b도에 도시된 방법을 사용하여 기판과 혼합 재료에 진동을 가하고, 또는 양 기판 사이에 전압을 인가함에 의해 스페이서(9)의 이동도를 높이면, 스페이서(9)가 고분자 벽(7)에 취입되는 것을 촉진할 수 있다. 이 때문에, 고분자 벽(7)에 취입된 스페이서(9)의 양이 많게 되거나, 더 빠른 속도로 도입된다. 즉, 화소 부분에 남는 스페이서의 수가 더 적게 된다.

이와 같이 하여 얻어지는 LCD는 제2도에 도시된 바와같이, 스페이서(9)가 고분자 벽(7)내에 많이 존재하고 있으므로, 고분자 벽(7)의 경도를 높일 수 있다. 또, 임의의 영역에 선택적으로 액정 영역(6) 및 고분자 벽(7)을 형성할 수 있으므로, 화소(12)에 액정 영역(6)을 형성하고, 화소(12) 이외에 고분자 벽(7)을 형성할 수 있다. 따라서, 화소(12)내의 스페이서(9)를 없앨 수 있거나, 또는 보다 감소시킬 수 있어, 고화질·고 콘트라스트의 LCD를 얻을 수 있다.

이 LCD는 셀에 주입하는 액정의 종류 및 배향막의 종류 등을 변경함으로써 TN 모드, STN 모드, FLC 모드 또는 ECB 모드 등의 LCD로 할 수 있다. 또, 광산란 모드를 이용한 LCD로 할 수 있고, 또 셀의 양측에 편광판과 반사판을 설치함에 의해 투과형 또는 반사형의 LCD로 할 수도 있다.

또, 상기 실시예에 있어서는 단순 매트릭스 구동에 의해 표시가 행해지는 LCD에 관하여 설명하였으나, TFT(박막 트랜지스터)나 MIM(Metal Insulator Metal) 등을 이용한 액티브 매트릭스 드라이브 등에 의해 여러 종류의 표시가 행해지는 기타의 LCD에도 적용할 수 있고, 구동 방법에 관해서는 한정되어 있지 않다. 또, 칼라 필터나 블랙 마스크(black mask)를 형성하고, 칼라 표시를 행할 수도 있다.

이하, 상기 실시예 5에 관하여 구체적인 예를 들어 설명한다.

[구체예 5-1]

기판(1a,1b)의 위에 ITO로 된 두께 200nm의 투명 전극(2a,2b)을 스퍼터링 기술에 의해 형성했다. 이 투명 전극(2a,2b)을 덮도록 전기 절연막(3a,3b)을 스퍼터링 기술에 의해 형성했다. 그위에 배향막(4a,4b)을 형성하고, 이 배향막(4a,4b)을 나일론 포로 러빙했다. 이 상태의 기판(1a,1b)을 서로 직교하도록 대향시켜 그 사이에 실리카 스페이서(9) 등을 약 50개/㎟로 산포한다. 이 기판의 단부를 봉합재(5)에 의해 서로 접착시켜 액정 셀을 작성했다.

이 액정 셀의 기판(1a,1b)의 간극에 액정 재료로서 카이랄 제(S-811)을 0.3% 첨가한 ZLI-4792(Merck Co., Inc 제품) 4g, 광 중합성 화합물로서 p-페닐 스티렌과 아이소 보닐 메타크릴레이트와 퍼플루오르 메타크릴레이트를 1 : 6.5 : 2.5의 비율로 혼합한 것, 또, 광 중합 개시제로서 Irgacure 651(CIBA GEIGY 제품)을 혼합한 혼합재료를 주입했다.

다음에, 한쪽의 기판 상을 액정 영역(6)의 형성 부분이 차광부로 되도록 포토 마스크로 덮고, 평행 광선이 얻어지는 고압 수은 램프를 사용하여 조사 강도가 10mW/㎠의 램프 하의 위치에서, 포토마스크 측으로부터 자외선을 조사했다. 이 조사 후, 저속 냉각 오븐 내에서 저속 냉각하고, 또, 미반응물을 경화시켜 고분자의 가교를 충분히 행하도록 하기 위해 단시간동안 낮은 조도로 자외선(UV) 조사를 행했다.

소자 내에 형성된 고분자 벽의 경도를 제11도에 도시한 헤드부의 선단(51)에 부착된 1mmΦ의 알루미늄제 치구를 취부한 연필 모양의 간이 시험기를 사용하여 측정한 결과, 약 10g/mmΦ이었다. 또, 고분자 벽(7)에 취입된 스페이서(9)의 산포량은 약 50개/㎟이었다. 제11도에 도시한 바와 같이 알루미늄(Al)제의 스테이지(stage : 52)상에 두께 5~10㎛으로 박막 가공한 고분자 판(53)을 설치하고, 압력계(54)가 설치된 압력 검지기로 실측 압력을 측정한다.

상기 기판으로서 두께 0.5mm의 7059 유리를 사용하여 LCD를 제조한 경우, 제11도에 도시한 바와 같은 시험기를 사용하여 유리 기판 상으로부터 압력 시험을 행하면, 1000g/mmΦ의 압력 강도이었다. 또, 상기 기판으로서 두께 0.4mm의 아크릴계 플라스틱을 사용한 경우, 약 750g/mmΦ이었다.

[비교예 5-1]

상기 구체예 5-1과 마찬가지로 전극 배향막을 갖춘 기판(기판은 두께 0.4mm의 플라스틱막)을 스페이서를 통해서 봉합재로 서로 접착시킨다. 이 기판 간극에 액정과 광 경화성 수지를 사이에 끼우나, 본 비교예에서는 액정 ZLI-4792(Merck Co., Inc 제품 : 키랄 제로서 S-811을 포함), 광 경화성 수지로서 스테아릴 아크릴레이트가 사용되며, 액정 : 수지 = 8.2 ; 1.8의 비로 혼합하고, 종래의 진공 주입법으로 간극에 주입한다. 이어서 포토마스크를 거쳐 포토마스크 측으로부터 10mW/㎠의 조도로 자외선을 조사하여, 포토마스크의 패턴대로 액정과 광 경화성 수지를 상 분리시킨다. 게다가, 상 분리 후에 재차 자외선을 조사하여 고분자의 가교도(degree of crosslinking)을 향상시킨다.

이와 같이 하여 제조된 액정 셀에 대하여 실시예 5에서 실시한 압력 시험을 행하면, 120g/mmΦ에서 고분자 벽이 파괴된다. 또, 상기 광 경화성 수지만을 사용하여 자외선을 조사하여 고분자화하고, 이 고분자화한 괴에 제11도의 방법과 마찬가지로 알루미늄제의 선단이 1mmΦ인 펜으로 내충격도(shock resistance)를 측정한 결과, 경화된 수지의 내압치가 약 9g/mmΦ이었다.

[실시예 5-2]

본 발명의 이 실시예에서는 간극을 제어하기 위한 스페이서(9) 등의 미립자를 이동시킴으로써 고분자 벽(7)의 경도가 향상되어 많은 수의 그러한 입자가 액정 및 고분자의 위상 분리시에 고분자 벽(7)내로 들어오게 된다. 기판은 실시예 5에서와 동일한 방법으로 제조되며, 같은 재료가 실시예 5에서 사용된 것과 같은 중합성(polymerizable) 화합물 및 액정 재료 등의 혼합 재료를 위해 사용된다. 실시예 5에서와 같은 제조 단계들이 액정과 고분자를 상 분리시키기 위한 광 조사 단계까지 수행된다. 그 후, 제10a도에 도시된대로 기판은 진동 발생기(21)에 의해 1㎑의 진동이 주어진다. 진동이 기판 간극을 변화시켜 스페이서(9)의 이동성이 커진다. 결과적으로, 더 많은 수의 스페이서(9)가 고분자 벽(7)내로 유입되거나 실시예 5-1과 비교하여 더 빠른 속도로 유입된다.

그 후, 미반응물을 경화시켜 고분자의 가교가 충분히 행해지도록 단시간동안 약한 조도로 자외선(UV)을 조사한다.

LCD내에 형성된 고분자 벽의 경화를 제11도에 나타낸 것과 같이 헤드부의 윗쪽 끝(51)에서 1mmΦ의 지름을 갖는 알루미늄재(Al)로 된 치구를 가진 연필 모양의 간단한 시험기를 사용하여 측정한다. 측정 결과는 약 21g/mmΦ이다. 반면에, 고분자 벽(7)에 유입된 스페이서(9)는 실시예 5-1의 경우보다 크다.

상기 기판에 있어서 두께 0.5mm의 7059 유리를 사용하여 액정 표시 소자를 제작한 경우, 제11도에 나타낸 바와 같은 시험기를 사용하여 유리 기판 위에 위치한 시험기를 사용하여 압력을 측정한다. 반면에, 0.4mm의 두께를 가진 아크릴계 플라스틱이 기판으로서 사용되는 경우 압력은 약 920g/mmΦ이다.

이상의 실시예 5-1 및 5-2의 결과로부터 고분자 벽(7)에 스페이서(9) 등의 미세 입자가 많이 포함되어 있는 경우 고분자 벽(7)의 경도가 상승하고, 또, 고분자 벽(7)의 경도가 더 높은 경우 액정 표시 소자의 내충격성을 향상시킬 수 있음을 알 수 있다.

아래의 표 2에서 데이타를 펜으로 입력하는 경우에 있어서 액정 표시 소자에 가해지는 압력의 측정 결과를 나타낸다. 이 실험은 다음의 방법으로 행해진다: 제12a도 및 제12b도에 나타낸 장치가 사용된다: 남성 10인과 여성 10인에게 대해 あ, お, 8 및 4의 4문자를 기판 면 위에 쓰도록 하여 그 각각의 압력 값이 측정된다. 제12a도에 나타낸 바와 같이 실험용 테블릿(tablet)(120)에서 발생하는 스트레인(strain)을 동 스트레인 검출기(122)에서 검출하여 오실로스코프(124)에서 모니터한다. 테블릿(120)에 있어서 제12b도에서 나타낸대로 유리 기판(31) 상의 투명 전극(32)와 PET(폴리에틸렌테레프탈레이트) 수지(33) 상의 투명 전극(34)와의 사이에 스페이서(35)가 설치된다. PET 수지((33)상으로 펜을 사용하여 압력이 가해진다.

표 2에서 나타난대로, 10면의 남성 중 1인에 의해 액정 표시 소자에 인가된 압력의 최대값은 740g/mmΦ이며 10명의 여성 중 1인에 의해 인가된 최대값은 420g/ mmΦ이다. 반면에 전체 20명에 의해 인가된 압력의 평균값은 385g/mmΦ이다. 이 결과를 고려할 때, 데이타 입력 펜이 제공된 액정 표시 소자에는 약 750g/mmΦ의 강도를 갖는 것이 충분하다. 따라서, 구체예 5-1 및 5-2의 액정 표시 소자는 펜을 사용한 데이타 입력에 적당하다.

반면에, 액정 표시 소자의 내압치(compressive value)를 향상시키기 위해 다음의 방법이 또한 사용될 수 있다.

1. 액정 표시 소자의 입력면에 플라스틱, 유리 등의 보호 기판을 별도로 설치하는 방법.

2. 펜 입력 동작에 의해 굴절 등이 일어나지 않도록 충분한 두께를 가지는 기판을 사용하는 방법.

3. 스페이서를 다량으로 분산시키는 방법.

4. 포토 레지스트 막 등의 영역 형태의 유기막을 형성하여 스페이서로서 동작시키는 방법.

각 방법에는 각각의 문제점이 있다. 예를 들면 제1 및 제2방법에서는 표시 위치와 펜의 상단부 사이에서 시차(parallax)가 생긴다. 제1방법 내지 제3방법이 사용되는 경우, 장치가 너무 무거워지거나 커져서 필요 비용이 높아진다. 제4방법에 따르면, 액정을 주입하기 위한 영역의 부피가 제한되어서 액정을 주입하는데 더욱 많은 시간이 걸리고 LCD의 제조 공정이 복잡해진다.

이러한 방법과 비교해볼 때, 본 발명에 따른 액정 표시 소자는 고분자 분산형 액정 표시 소자의 제조공정을 다소 변화시킴으로써 더욱 용이하게 제조될 수 있으며 본 장치는 시차도 발생시키지 않고 너무 무겁거나 커지지도 않는다. 더욱이, 본 액정 표시 소자는 적절한 비용으로 제조될 수 있으며 따라서 매우 유효한 발명이다.

상기한 대로 대향 기판 사이의 간극 내의 임의의 위치에 형성된 고분자 벽은 10g/mmΦ보다 크거나 같은 내압치에 의해 표현되는 외부 인가 압력에 대항하는 힘을 가질 수 있다. 이 값은 보통의 펜을 사용한 입력 동작이 수행될 때 액정 표시 소자에 가해지는 압력에 대항하기에 충분하다. 따라서 외부로부터 가해지는 압력에 대항하는 힘을 보강하기위해 기판 상에 유리 기판 및 플라스틱 막 등의 보호판을 둘 필요가 없어진다. 그 결과, 펜의 상단부와 표시 위치 사이의 시차가 없어지며 장치의 경량화가 가능해진다. 더욱이, 본 발명의 제조 방법에 따르면, 기판 간극 제어 물질이 고분자 벽내로 유입되는 것이 가능해져서 고분자 벽의 경도 및 전체 기판의 강도가 향상된다. 더욱이, 본 제조 방법에 따르면 모든 또는 많은 수의 기판 간극 제어 물질들이 액정 영역으로부터 제거될 수 있으므로 픽셀의 표시 품질 및 콘트라스트가 매우 향상된다.

상기한대로, 본 발명에 따르면 기판 간극 제어 물질을 고분자 벽 내에 많이 편재시켜 기판 갭 제어 재료의 모든 또는 많은 수가 픽셀로부터 제거되게 되어 표시 픽셀의 품질 및 콘트라스트가 향상된다. 더욱이, 본 발명에 따르면, 고분자 벽내보다는 액정 영역내에 존재하기가 용이한 기판 간극 제어 물질이 사용되는 방법 또는 기판 간극 제어 물질을 인쇄하고 배분하기 위한 방법이 사용될 수 있다.

액정 영역보다는 고분자 벽내에 존재하는 것이 용이한 기판 간극 제어 물질을 사용하는 방법을 이용하는 경우, 재료가 고분자 수지 또는 구형(spherical) 스페이서이든 간에 기판 간극 제어 물질은 액정과 고분자의 위상 분리에 있어서 액정의 표면 장력에 의해 액정 영역으로부터 방출되어 고분자 벽내로 기판 간극 제어 물질이 유입될 수 있게 한다.

더욱이, 기판 간극 제어 물질을 고분자 벽내에 존재하는 것을 용이하게 하는 재료로 이루어진 배향막이 최소한 하나의 기판위에 형성된 경우, 어떠한 기판 간극 제어 물질도 배향막 상에 남지 않게 된다. 따라서, 모든 또는 많은 수의 기판 간극 제어 물질이 픽셀로부터 제거되어 표시 픽셀의 표시 품질 및 콘트라스트가 더욱 향상된다.

반면에 기판 간극 제어 물질을 인쇄하고 배치하는 방법을 사용하는 경우에는 임의의 위치에 기판 간극 제어 물질을 배치하는 것이 가능해지므로 기판 간극 제어 물질을 용이하게 다수 편재시키는 것이 가능해진다. 더욱이, 기판 간극 제어 물질을 분산 방법보다 더욱 효과적으로 사용할 수 있다.

더욱이, 액정과 광중합성 수지와의 혼합 재료에 자외선을 조사하는 동안, 픽셀부에 대응하는 부분을 포토마스크로 덮어 픽셀부와 픽셀부 이외의 부분 사이에서 조사 강도를 선택적으로 구별하는 경우, 액정 부분은 단순화된 구조하에서 픽셀부내에 용이하게 형성될 수 있으며 고분자 벽은 픽셀부를 제외한 부분에 쉽게 형성될 수 있다. 따라서, 모든 또는 많은 수의 기판 간극 제어 물질이 픽셀로부터 제거될 수 있다. 반면에 포토마스크 대신에 적어도 하나의 표시 매체를 마주보는 기판 상에 유기막, 무기막 또는 금속막으로 구성된 투명 전극이 형성되는 경우, 선택적으로 조사광을 분포시키는 것이 용이해진다.

더욱이, 본 발명에 따르면, 대향 기판 사이의 간극 내의 임의의 위치에 형성된 고분자 벽의 내압치는 10g/mmΦ 이상이며, 따라서 외부로부터 인가된 충격에 대향하는 액정 표시 소자의 힘은 증가될 수 있으며 이 액정 표시 소자는 펜을 사용한 통상적인 입력 동작시에 가해지는 압력에 충분히 대항할 수 있다. 반면에 기판을 보강하기 위해 본 액정 표시 소자에 있어서 보호 기판 등을 사용할 필요가 없으므로, 표시 위치와 펜의 상단부 사이에서 시차가 발생하지 않으면 장치는 너무 무겁거나 커지지 않는다.

또한, 본 발명에 따르면, 액정과 고분자와의 위상 분리시에 스페이서 등의 다수의 기판 간극 제어 물질이 고분자 벽내로 유입될 수 있다. 따라서 액정 표시 소자가 더욱 보강된다. 이렇게 다수의 기판 간극 제어 물질을 고분자 벽내로 유입시킴으로써 모든 또는 최소한 다수의 스페이서를 픽셀로부터 제어하는 것이 가능해지며, 따라서 표시 픽셀의 표시 품질과 콘트라스트를 더욱 향상시키게 된다.

더욱이, 본 발명에 따르면 양 기판에 고분자 벽을 밀착시킴에 의해 액정 표시 소자가 더욱 보강된다.

본 발명에 따르면 액정 표시 소자는 고분자 분산형 액정 표시 소자의 제조 공정을 다수 변화시킴으로써 쉽게 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 방법은 제조공정을 복잡화하지 않으며 높은 비용을 필요로 하지 않는다.

본 발명은 예를 들면, 개인용 컴퓨터, 액정 TV, 및 휴대용 디스플레이 장치[막 기판(film substrate) 포함] 등의 평면 디스플레이 장치에 응용될 수 있다. 본 발명은 또한 대향 기판 사이의 간극 내에서 상분리에 의해 임의의 위치에 선택적으로 형성된 액정 영역과 고분자 벽을 포함하는 TN(트위스티드 네마틱) 모드, STN(수퍼 트위스티드 네마틱) 모드, ECB(electrically controlled briefringence) 모드, FLC(강유전성 액정) 표시 모드 및 광산란 모드에서 동작하는 표시 매체를 포함하는 여러 종류의 액정 표시 소자에 적용될 수 있다. 특히, 본 발명은 펜으로 데이타를 입력하여 표시부와 입력부가 일체화하는 휴대용 정보 장치의 단말기, 넓은 시야각(wide viewing angle)을 필요로 하는 TV 및 디스플레이 장치 등의 사무 자동화 장치에 이용되는 액정 표시 소자에 효과적으로 응용될 수 있다.

Claims (21)

1. 서로 대향되도록 배치된 한쌍의 기판 및 상기 한쌍의 기판 사이에 끼어 있는 표시 매체를 포함하고, 상기 표시 매체는 하나 또는 다수의 픽셀을 포함하는 액정 영역을 가지며, 상기 액정 영역은 고분자 벽들에 의해 둘러 싸여 있고, 상기 한쌍의 기판 사이에 있는 간극에 배치된 다수의 기판 간극 제어 물질(substrate gap control material)은 상기 액정 영역에서보다 상기 고분자 벽들 내에 더 많이 존재하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 기판 간극 제어 물질은 상기 액정 영역에서보다 상기 고분자 벽들 내에서 존재하기 쉬운 물질로 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 한쌍의 기판 중 적어도 하나의 기판 위에 배향막(alignment film)을 더 포함하고, 상기 배향막은 상기 기판 간극 제어 물질이 상기 고분자 벽들 내에 존재하기 쉬운 물질로 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
4. 제1항에 있어서, 상기 기판 간극 제어 물질은 구형 스페이서(spherical spacer)인 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
5. 제1항에 있어서, 상기 기판 간극 제어 물질은 고분자 수지(polymer resin)로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
6. 제4항에 있어서, 상기 고분자 벽은 그 고분자 벽의 굴절율과 다른 굴절율을 가지는 한 종류 이상의 미세 입자의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
7. 서로 대향되도록 배치된 한 쌍의 기판 및 상기 한쌍의 기판 사이에 끼어있는 표시 매체를 포함하며, 상기 표시 매체는 하나 또는 다수의 픽셀을 포함하는 액정 영역을 가지며, 상기 액정 영역은 고분자 벽으로 둘러싸여 있는 액정 표시 소자를 제조하는 방법에 있어서, 상기 한 쌍의 기판을, 그들이 서로 대향하고, 그 기판들 사이에 상기 액정 영역에서보다 상기 고분자 벽들내에서 존재하기 쉬운 물질로 구성되어 있는 기판 간극 제어 물질을 끼워넣도록 배치하는 단계, 적어도 액정 물질과 광중합성 화합물(photopolymerizable compound)을 포함하는 혼합물을 상기 한쌍의 기판 사이에 있는 간극으로 주입시키는 단계; 및 상기 혼합물을 자외선으로 선택적으로 조사시킴으로써, 상기 고분자 벽들에 의해 둘러싸여 있는 액정 영역을 포함하는 표시 매체를 형성하고, 상기 액정 영역에서보다 상기 고분자 벽들 내에서 상기 기판 간극 제어 물질이 다수 존재하도록 하는 선택적 조사 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 혼합물을 자외선으로 선택적으로 조사하는 단계에서, 픽셀 위치에 대응하는 상기 혼합물의 부분들은 포토마스크로 덮혀 있어, 상기 픽셀 부분들과 상기 픽셀 부분들을 제외한 부분들간의 강도를 선택적으로 구분시키는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제7항에 있어서, 상기 혼합물을 자외선으로 선택적으로 조사시키는 단계에서, 상기 표시 매체측의 기판들중의 적어도 하나 위에 유기막, 무기막 또는 금속막을 형성함으로써 상기 조사된 자외선이 선택적으로 분포되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제7항에 있어서, 상기 조사 단계는 상기 액정의 네마틱-등방석 액체 전이 온도(TN₁: nematic-isotropic phase transition temperature)와 같거나 높은 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
11. 서로 대향되도록 배치된 한 쌍의 기판 및 상기 한쌍의 기판 사이에 끼어있는 표시 매체를 포함하며, 상기 표시 매체는 하나 또는 다수의 픽셀을 포함하는 액정 영역을 가지며, 상기 액정 영역은 고분자 벽으로 둘러싸여 있는 액정 표시 소자를 제조하는 방법에 있어서, 기판 간극 제어 물질을 상기 한 쌍의 기판중의 적어도 하나 위의 임의의 위치에 배치시킴으로써 상기 한쌍의 기판을 서로 대향되도록 배치하는 단계, 적어도 액정 물질과 광중합성 화합물을 포함하는 혼합물을 상기 한쌍의 기판 사이에 있는 간극으로 주입시키는 단계; 및 상기 혼합물을 자외선으로 선택적으로 조사시킴으로써, 상기 고분자 벽들에 의해 둘러싸여 있는 액정 영역을 포함하는 표시 매체를 형성하고, 상기 액정 영역에서보다 상기 고분자 벽들내에서 상기 기판 간극 제어 물질이 더 많이 존재하도록 하는 선택적 조사 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 기판 간극 제어 물질을 임의의 위치에 배치시키기 위한 인쇄 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 혼합물을 자외선으로 선택적으로 조사시키는 단계에서, 픽셀 위치들에 대응하는 상기 혼합물의 부분들은 포토마스크로 덮혀 있어, 상기 픽셀 부분들과 상기 픽셀 부분들을 제외한 부분들간의 강도를 선택적으로 구분시키는 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제11항에 있어서, 상기 혼합물을 자외선으로 선택적으로 조사시키는 단계에서, 상기 조사된 자외선은 상기 표시 매체측의 기판들 중의 적어도 하나 위에 유기막, 무기막 또는 금속막을 형성함으로써 선택적으로 분포되는 것을 특징으로 하는 방법.
15. 제11항에 있어서, 상기 조사 단계는 상기 액정의 네마틱-등방성 액체 전이 온도(TN₁: nematic-isotropic phase transition temperature)와 같거나 높은 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
16. 서로 대향되도록 배치된 한 쌍의 기판 및 상기 한쌍의 기판 사이에 끼어있는 표시 매체를 포함하며, 상기 표시 매체는 임의의 위치에서 고분자 벽들에 의해 둘러싸여 있는 액정 영역을 가지는 액정 표시 소자에 있어서, 상기 고분자 벽들은 그 경화 상태에서 10g/mmΦ 이상의 내압치(compressive value)를 가지는 고분자로 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
17. 제16항에 있어서, 상기 고분자 벽은 미세 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
18. 제16항에 있어서, 상기 고분자 벽은 열경화성 수지(thermosetting resin) 및 광경화성 수지(photocurable resin)중 적어도 하나를 포함하고, 상기 고분자 벽들은 상기 한쌍의 기판 모두에 밀착되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
19. 서로 대향하여 배치된 한 쌍의 기판 및 상기 기판쌍 사이에 배치된 표시 매체를 포함하고, 상기 표시 매체는 임의의 위치에서 고분자 벽으로 둘러싸인 있는 액정 영역을 구비하는 액정 표시 소자를 제조하는 방법에 있어서, 액정 물질 및 경화된 상태에서 10g/mmΦ 이상의 내압치(compressive value)를 구비하는 중합성 화합물을 적어도 포함하는 혼합물을 주입하는 단계, 및 상기 혼합물에 열 또는 에너지를 인가하여 상기 액정 물질과 상기 중합성 화합물을 상분리시킴으로써 임의의 위치에서 상기 액정 영역과 고분자 벽을 선택적으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자를 제조하는 방법.
20. 제19항에 있어서, 상기 액정 물질과 상기 중합성 화합물을 상분리시키기 위하여 상기 혼합물에 열 또는 빛 에너지를 인가하는 동안, 적어도 상기 혼합물에 임의의 진동이 인가되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자를 제조하는 방법.
21. 제19항에 있어서, 상기 액정 물질과 상기 중합성 화합물을 상분리시키기 위하여 상기 혼합물에 열 또는 에너지를 인가하는 동안, 임의의 전압이 상기 기판쌍 사이에 배치된 상기 혼합물에 인가되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자를 제조하는 방법.