KR100206445B1

KR100206445B1 - 지연막 및 그 제조방법, 및 액정 표시 소자

Info

Publication number: KR100206445B1
Application number: KR1019960033328A
Authority: KR
Inventors: 겐지 니시구찌; 마꼬또 시오미
Original assignee: 쓰지 하루오; 샤프가부시끼가이샤
Priority date: 1995-08-11
Filing date: 1996-08-10
Publication date: 1999-07-01
Also published as: US6067138A; TW444148B; KR970011958A; JPH0954212A; US6356324B1

Abstract

본 발명의 중합성 액정 재료로 만들어진 지연막은 제1편평표면 패턴을 구비한 제1영역, 및 제2편평 표면 패턴을 구비한 제2영역을 포함하며, 제1영역의 두께가 제2영역의 두께와 달라서 제1영역과 제2영역에서의 지연량들이 서로 다르게 되도록 한다.

Description

지연막 및 그 제조 방법, 및 액정 표시 소자

본 발명은 지연막과 이를 제조하는 방법 및 액정 표시 소자에 관한 것이다. 더 자세하게는 본 발명은 지연막을 제조하는 위치 및 방법에 따라 지연량이 달라지는 구조를 갖는 지연막에 관한 것이다. 또한 상기 언급한 구조를 갖는 지연막 또는 지연량이 위치에 의존해 달라지는 구조를 갖는 기판을 사용하는 액정 표시 소자에 관한 것이다.

종래에는 광 등방성 중합체 및 광 이방성 액정 재료가 한 쌍의 기판 사이에 끼워져 배치되는 구조를 갖는 액정 표시 소자가 퍼스널 컴퓨터 또는 그와 같은 것, 액정 TV 장치, 휴대용 디스플레이 장치 등에 쓰기 위한 편평 패널 디스플레이 장치로 사용 되었다. 본 발명에 따른 지연막은 이런 디스플레이 장치에 사용될 수 있다. 종래에는 고분자 막을 한 방향으로 끌어당겨 고분자 주 체인이 한 방향으로 배향되도록 함으로써 지연막이 제조되었다. 이는 고분자막의 굴절율에 대해 이방성을 일으켜서 광이 지연막을 투과할 때 정상광과 이상광 사이에 위상차가 발생하도록 하였다.

또한 유기 분자를 사용하여 액정 분자의 틸트 각도를 제어하는 방법이 종래에 사용되었다. 응용 물리학회보 1993년 10월 62권에는, 광착색(photochromic) 분자의 광 이성화(photoisomrkization) 반응이 사용되는 방법이 보고되었다.

이 방법의 원리는 다음과 같다. 직선 편광된 광이 기판 표면에 접착된 소정의 광착색 분자 상으로 조사되었을 때, 트랜스-폼(trans-form)에서 시스-폼(cis-form)으로의 구조적 이성화 반응이 광착색 분자에서 일어난다. 액정 재료가 그런 구조적 이성화 반응이 발생하는 곳에 접착된 광착색 분자를 구비한 기판 표면 위에 배치된다면, 기판에 대한 액정 분자의 틸트는 광착색 분자의 구조적 변화에 따라서 가변될수 있다.

여기서, 소망 패턴을 갖는 유기 분자층을 형성하는 방법은, 예를 들어 중합성 수지가 스크린 프린팅에 의해 기판 상에 가해지는 방법, 및 레지스트처럼 패턴화될 수 있는 중합성 수지가 기판 상에 가해지고 이후 마스크를 사용하여 기판이 광에 노출되어 수지를 중합화시키는 방법을 포함한다.

액정 표시 소자에서 패널의 기계적 강도를 향상시키는 기술로서는, 고분자와 같은 것으로 만들어진 벽이 다수의 픽셀이 그 내에 배치되는 영역의 주변부 상에서 외부의 기계적 힘에 대항하는 보강 부재로서 배치된다.

예를 들어, 일본 공개 특허번호(56-99384)인 문서는 레지스트로 만들어진 고분자 칼럼(column)부재가 픽셀이 배치된 영역 이외의 영역에 배치되어 스페이서로 기능하게 되는 구조를 갖는 액정 표시 소자를 개시하였다.

또한 일본 공개 특허 번호 (59-201021)은 상기 언급한 공개 문서에 설명된 것과 비슷하게, 광 감광성 수지 또는 그와 같은 것으로 만들어진 벽 부재가 픽셀이 배치된 영역 이외의 영역에서 스트라이프 형태로 배치되어 스페이서로 사용되는 구조를 갖는 액정 표시 소자를 개시하였다.

또한, 미국 특허 번호(5,453,450)에 상응하는 일본 공개 특허 번호(6-301015)는 광 중합성 재료와 액정 재료의 혼합물의 위상 분리에 의해 형성된 보강 부재를 구비한 액정 표시 소자를 개시하였다. 이 혼합물은 광 조사에 의해 위상 분리를 수행하여 고분자가 그 각각이 픽셀을 둘러싸는 벽들(보강 부재)들을 형성하고 액정 재료가 벽이 둘러싼 영역 내에 위치되도록 한다.

그러나, 지연막을 제조하는 종래의 방법에는 다음 문제들이 제기된다.

끌어당겨서 지연막을 제조하는 종래의 방법에서는, 고분자 막이 한 방향으로 균일하게 당겨져서 고분자 막의 굴절율의 이방성을 일으키기 때문에 위치에 따라서 지연막의 단일 시트내에서의 지연량을 적합하게 가변시키는 것이 매우 어려워진다.

중합된 액정 분자의 틸트각이 기판 표면 위에 형성된 광착색 분자에 의해 제어되는 방법에서는, 광착색 분자의 구조적 이성화가 기판의 소망 영역쪽으로 기울어져야만 하므로, 중합된 액정 분자의 틸트 각도가 지연막 내의 위치에 따라 변화되게 된다. 따라서, 직선 편광된 광을 조사(照射)할 때 이 광은 지연막을 제조하기 위해 기판 평면 상에서 조사 강도 분포를 가져야만 한다. 그러나 그런 조사 강도 분포를 제조하기 위해 편광판을 패턴화하는 것은 지극히 어렵다.

또한, 중합성 액정 분자의 중합을 일으키는 광의 파장과 광착색 분자의 구조적 이성화를 일으키는 광의 파장이 동일하거나 서로 매우 비슷하기 때문에, 이런 두 종류의 반응을 구별해 수행한다는 것이 어렵다. 이는 중합된 액정 분자의 틸트각이 위치에 따라 다르게 유지되게 하면서 중합을 이루는 것을 실제적으로 불가능하게 한다. 액정 패널을 구성한 기판 사이에 고분자 칼럼과 같은 보강 부재를 구비한 액정 표시 소자에 있어서, 레지스트 또는 광 중합성 재료가 보강 부재를 형성하는 데에 사용된다면 형성된 칼럼 또는 벽은 액정 재료와 동일한 광 특성을 나타낼 수 없다. 따라서 광이 액정 표시 소자에 입사할 때, 색조(tone)는 액정 영역을 통해 투과된 광과 고분자 영역을 통해 투과된 광에 대해 다르게 된다. 이는 액정 표시 소자의 전체 범위에 걸쳐 색조를 조절하는 것을 상당히 어렵게 만든다.

이 현상은 고분자 영역이 광 등방성이어서 액정 패널의 양측에 배치된 편광판 또는 지연막에 의해 제조된 색조가 아무런 변화 없이 중합체 영역의 색조로 나타나기 때문에 생긴다. 이는 패널의 색조를 제어하는 것을 어렵게 한다. 또한 그런 편광판과 같은 것으로 인한 색 효과가 전체 패널을 어둡게 한다.

도1는 본 발명의 제1실시형태에 따른 지연막 구조를 예시한 단면도.

도2는 1도에 도시된 지연막을 제조하는 방법을 설명한 단면도.

제3도는 본 발명의 제2실시형태에 따른 지연막의 구조를 예시한 개략도.

제4a도 및 제4b도는 제3도에 도시된 제2실시형태에 따라 지연막을 제조하는 방법을 설명한 도면.

제5a도 및 제5b도는 본 발명의 제3실시형태에 따른 지연막과 이를 제조하는 방법을 설명한 도면.

제6도는 본 발명의 제4실시형태에 따른 액정 표시 소자의 구조를 예시한 단면도.

제7도는 실시형태 4의 특정예로 제시된 실시예 6에 따라 STN 액정 재료를 사용하는 단순 매트릭스형 액정 표시 소자를 설명하는 도면.

제8도는 실시형태 4의 변형으로 제시된 실시예 8에 따른 STN 액정 재료를 사용하는 단순 매트릭스형 액정 표시 소자를 설명하는 도면.

제9도는 색조, 명도 L 및 색도 a^*및 b^*의 관계성을 예시한 도면.

제10도는 본 발명의 제5실시형태에 따른 액정 표시 소자의 구조를 예시한 단면도.

제11도는 본 발명의 지연막의 제1영역및 제2영역 사이의 지연차와 액정 표시 소자의 명도 L^*사이의 관계를 예시한 그래프.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

100 : 지연막 101 : 오목부

102 : 볼록부 11a, 11b : 기판

110 : 셀 14 : 스페이서

본 발명의 중합된 액정 재료로 만들어진 지연막은 제1편평표면 패턴을 구비한 제1영역, 및 제2편평 표면 패턴을 구비한 제2영역을 포함하여, 제1영역의 두께는 제2영역의 두께와 달라서 제1영역과 제2영역에서의 지연량들이 서로 다르게 된다.

본 발명의 한 실시예에 따라서, 제1영역과 제2영역 사이의 지연차는 90 nm에서 800 nm 까지이다.

본 발명의 한 양태에 따라서, 지연막을 제조하는 방법은 그 사이의 갭을 형성하기 위해 서로 마주보는 한 쌍의 기판들을 배치하는 단계, 중합성 액정 재료로 갭을 채우는 단계, 및 중합성 액정 재료를 중합하는 단계를 포함한다. 여기서 기판 중 최소한 하나는 그 위에서 오목부와 볼록부 중 최소한 하나를 포함하는 편평 표면 패턴이 형성된 표면을 갖는데, 이 기판들은 중합성 액정 재료가 채워졌을 때 편평 표면 패턴을 구비한 표면이 중합성 액정 재료와 접촉되어서 편평 표면 패턴에 상응하는 패턴이 중합성 액정 재료 위에 형성되도록 한다.

본 발명의 한 실시예에 따라서, 지연막을 제조하는 방법은 기판을 배치시키는 단계전에 레지스트 재료를 사용하여 기판 중 최소한 하나의 표면 위에서 편평 표면 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 지연막을 제조하는 방법은 기판을 배치시키는 단계전에 포토리쏘그래피에 의해 패턴화 가능한 건조막을 사용하여 기판 중 최소한 하나의 표면 위에 편평 표면 패턴을 형성하는 단계를 더 포함한다.

본 발명의 또다른 양태에 따라서, 중합성 액정 재료로 형성된 지연막은 제1편평표면 패턴를 구비한 제1영역, 및 제2편평 표면 패턴을 구비한 제2영역을 포함한다.

여기서 중합된 액정 재료의 제1영역의 액정 분자의 틸트각은 제2영역의 틸트각과 달라서 제1영역과 제2영역들의 지연량들이 서로 다르게 되도록 한다.

본 발명 의한 실시예에서, 제1영역과 제2영역 사이의 지연치는 90 nm에서 800 nm가 된다.

본 발명의 또다른 양태에 따라서, 지연막을 제조하는 방법은 그 사이에 갭을 형성하기 위해 서로 마주보는 한 쌍의 기판을 배치하는 단계, 중합성 액정 재료로 갭을 채우는 단계, 및 중합성 액정 재료를 중합하는 단계를 포함하고, 기판을 배치시키는 단계 전에 박막이 기판 중 최소한 하나의 표면 위에 선택적으로 형성된다. 박막은 실란 결합제 및 티올(thiol)기 또는 이황화물(disulfide) 본드를 구비한 유기 분자 중 어느 하나에 의해 만들어질 수 있다. 기판들은 중합성 액정 재료가 채워졌을 때 박막을 구비한 표면이 중합성 액정 재료와 접촉하여 중합된 액정 재료의 액정 분자의 틸트각들이 박막이 존재하는 영역에 상응하는 영역과 박막이 존재하지 않는 영역에 상응하는 영역 사이에서 서로 다르게 되도록 한다.

본 발명의 또다른 양태에 따라서, 디스플레이 영역을 구비한 액정 표시 소자는 서로 대향하도록 배치된 한 쌍의 기판, 한 쌍의 기판 사이에 삽입된 액정 재료를 포함하는 액정 영역, 디스플레이 영역에 배치된 액정 영역, 디스플레이 영역에 가해지는 기계적 외력에 저항하도록 산 쌍의 기판 사이에 배치된 보강 부재, 광투과성 중합체로 만들어진 보강 부재, 및 중합된 액정 재료로 만들어지고 기판 중 최소한 하나를 따라 배치된 지연막을 구비한다. 지연막을 그 지연량들이 서로 다른 제1영역및 제2영역을 포함하고, 제1영역및 제2영역은 액정 영역과 보강 부재에 각각 상응한다.

본 발명의 한 실시예에서, 지연막의 제1영역의 두께는 제2영역의 두께와 다르다.

본 발명의 또다른 실시예에서 제1영역의 중합된 액정 분자의 틸트각은 제2영역의 틸트각과 다르다.

본 발명의 또다른 실시예에서, 지연막은 한 쌍의 기판 사이에 배치된다.

본 발명의 또다른 양태에 따라서, 디스플레이 영역을 구비한 액정 표시 소자는 서로 마주보도록 배치된 한 쌍의 기판, 한 쌍의 기판 사이에 삽입된 액정 재료를 포함하는 액정 영역, 표시 영역에 배치된 액정 영역, 및 표시 영역에 가해지는 기계적 외력에 버티어 내기 위해 한 쌍의 기판 사이에 배치된 보강 부재를 포함한다. 보강 부재는 광 투과성 고분자로 만들어진다. 한 쌍의 기판 중 최소한 하나는 지연량들이 서로 다른 제1영역및 제2영역을 포함하고, 제1영역및 제2영역은 각각 액정 영역과 보강 부재에 상응한다.

본 발명의 한 실시예에서, 한 쌍의 기판 중 최소한 하나는 제1영역및 제2영역에서 서로 다른 두께를 갖는 중합된 액정층을 구비한다.

본 발명의 또다른 실시예에서 한 쌍의 기판 중 최소한 하나는 중합된 액정 층을 구비하는데, 제1영역의 액정 분자의 틸트각은 제2영역의 틸트각과 다르다.

따라서, 여기 설명된 본 발명은, (1) 지연량이 이를 제조하는 위치 및 방법에 따라서 쉽게 가변될 수 있는 구조를 가진 지연막을 제공하고 (2) 색조가 표시용 셀에 대해 서로 다른 광 특성을 갖는 고분자 영역 및 액정에 대해 달라지는 현상을 회피할 수 있어서 전체 표시 영역의 색조가 쉽게 제어될 수 있는 액정 표시 소자를 제공한다.

본 발명의 상기 및 또다른 이점은 부수 도면을 참조하여 다음의 상세한 설명을 읽고 이해할 때 본 분야의 기술자에서 명백해질 것이다.

먼저 양호한 실시예에서 사용되는 본 발명의 기본 원리 및 용어가 간단히 설명된다.

(1) 지연막의 지연량

광은 서로 다른 굴절율을 갖는 매개체들을 진행할 때, 광속의 차이가 생기게 되고 위상차로 귀결된다. 특정하게는 파장 λ의 광이 굴절율 n1 및 n2인 재료들 내에서 두께 d 만큼 진행할 때, 두 빔 사이의 귀결 위상차 θ는 다음과 같이 주어진다.

θ= 2πㆍ(n1-n2) ㆍd/λ, 여기서 n1n2

여러 가지의 파장을 갖는 광이 액정 분자와 같이 복굴절을 나태내는 매개체 내에서 진행할 때, 위상차 정도는 다음과 같이 주어지는 지연값 R에 의해 표현된다.

R = (n1-n2)ㆍd: 여기서 n1은 정상광에 대한 굴절율이고, n2는 이상광에 대한 굴절율.

본 발명에서, 오목부와 볼록부가 지연막의 표면 상에 제공되어 두께 d의 값이 달라져서 지연량을 가변시킨다. 또한 액정 분자의 틸트각 ø에 의해 표현된다면, 단일축 방향으로 배향된 액정 분자의 틸트각에 대해서 지연량 R은 다음과 같이 주어진다.

R=(n1-n2)ㆍ dㆍcos²ø, 여기서 n1은 정상광에 대한 굴절율이고, n2는 이상광에 대한굴절율.

본 발명에서, 액정 분자가 서로 다른 틸트각을 갖는 영역들이 지연막의 임의의 위치에 선택적으로 형성되어 지연막 내의 위치에 따라서 지연량을 가변시키게 된다.

(2) 중합성 액정 재료

본 발명에 사용된 중합성 액정 재료는 다음의 화학식에 의해 표현된 화합물을 포함한다.

A-B-LC₁또는 A-B-LC₁-B＇-A＇

여기서, 상기 화학식의 A 및 A＇은 중합성 기능기를 나타낸다. 이런 것들은 CH=CH-, CH=CH-COO-, CH=CCH₃-COO-, -N=C=O 등과 같은 포화되지 않은 본드 또는 에폭시기와 같은 헤데로사이클릭 구조를 갖는 기능기들이다.

또한 B 및 B＇은 중합성 기능기 및 액정 화합물을 접착하는 연결기를 대표한다. 특정하게는, 이들은 메틸렌 체인, 에스테르기, 에테르기 또는 이들의 조합을 대표한다. 또한 LC₁및 LC₂는 액정 화합물을 대표한다. 액정 화합물로서는, -CH₂-CH₂-, -CH=CH-, -C≡C-, -COO-, 등과 같은 연결제를 구비한, 다수의 페닐기, 사이클로 헥실기, 바이페닐기 또는 사이클로헥실페닐기 등이 사용될 수 있는 분자들이 쓰인다.

(3) 유기 분자로 액정 분자의 틸트각을 제어하는 방법.

기판 표면에 접착된 유기 분자를 사용하며 액정 분자의 틸트각을 제어하는 방법에 따르면, 광 조사에 의해 구조적 이성화를 겪는 분자가 사용되었다. 특정하게는 그런 분자는 아조벤젠 골격, 스틸렌, α-하이드라존-β-케토-에스테르 또는 그와 같은 것을 구비한 화합물을 포함한다. 모든 것이 직선 편광에 의해 조사되었를 때 기하학적 광 이성화 반응이 일어나서, 봉상의 트랜스-폼에서 V-형의 시스-폼으로의 구조 이성체 간의 가역적 변화를 격게 된다.

기판에 대한 액정분자의 틸트각은 아조벤젠과 같은 것에 대한 치환기, 스페이서 길이 또는 시실(silyl)접착 방식에 따라서 변화된다는 것이 보고되었다. 일반적으로 틸트각은 파라(para) 위치가 긴 체인의 알킬기로 치환될 때 증가하고, 클로로기, 메톡시기 또는 사아노기가 사용될 때 감소하는 경향을 나타낸다. 상기 설명한 대로 액정 분자의 틸트각이 기판 표면에 접착된 분자의 구조에 의해 영향받기 때문에, 유기 분자층 형성에 상응하는 영역에서의 중합성 액정 분자의 틸트각은 액정 분자와 접촉되게 되는 기판 표면 상에서 유기 분자층을 선택적으로 형성함으로써 가변될수 있다.

(4) 실란 결합제에 의해 유기 분자층을 형성하는 방법:

결합제는 유리 기판, SiO₂또는 ITO 층과 같은 금속 산화물을 구비한 기판 표면과 반응하고 표면 변형을 위해 사용된다.

아래에 설명될 양호한 실시예에서 유기 분자층은 다음 조건에서 형성된다.

1. 실란 결합제의 농도는 0.1 wt%에서 10 wt% 또는 양호하게는 0.5 wt%에서 6wt%가 된다.

2. 에탄올, 클로로포름, 헥세인 등과 같은 실레인 결합제를 용해시킬 수 있는 용매는 실레인 결합제에 대한 용매로서 사용된다.

3. 유기 분자층 형성 동안의 처리 온도는 0 ℃에서 60℃ 또는 양호하게는 4℃에서 25℃가 된다.

4. 유기 분자층을 형성하는 반응 시간은 30분에서 48시간 또는 양호하게는 1시간에서 24시간이 된다. 필요하다면 기판은 사용된 용매로 다시 한번 세정되어 남아있고 반응 안한 실란 결합제를 제거한다.

(5) 티올기 및 셀프 어셈블리(self-assembly)에 의해 접착된 이황화물을 포함하는 유기 분자 화합물 층을 형성하는 방법.

티올기 또는 이황화물기와 같은 황 원자를 포함하는 유기 화합물이 특유하게 Au원자와 같은 것에 결합되는 현상이 관찰되었다. 이 현상은 셀프 어셈블리라 불리운다. 본 발명에서 이런 특이한 결합은 Au 원자로 만들어진 패턴화된 박막 상에 유기 분자층을 형성하는 데에 사용된다.

먼저, Au 원자는 Au 박층을 형성하기 위해 스퍼터링과 같은 것에 의해 기판 상에 증착된다. 그 두께는 박막이 형성되도록 의도되었던 영역을 균일하게 도포하게 되는 크기를 갖는다. 필요하다면 크롬층과 같은 금속 증착막이 Au 박막의 형성 전에 형성되어서 Au 박층의 기판에 대한 접착성을 향상시켜 준다.

다음으로 황 원자를 포함하는 유기 화합물이 무수(無水) 에탄올과 같은 용매에서 용해되고, 농도는 아래에 언급된 것에 맞추어 조정된다. 무수 에탄올 이외의 것들은 이량체(dimer)를 형성하도록 상기 언급한 화합물을 산화시키지 않는다면, 용매로서 사용될 수 있다.

그러면 그 위에서 Au 박층이 형성되는 기판이 이 용매에 침적되고, 황 원자를 구비한 유기 화합물이 Au로 증착된 기판 영역에 대해 비자가 조합된다.

이런 공정에 대한 상세 조건은 다음과 같다.

1. 황 원자를 포함한 화합물 농도는 0.1 wt%에서 10wt% 또는 양호하게는 0.5 wt%에서 6wt%이다.

2. Au 박층 상에서 유기 분자층을 형성하는 동안 공정 온도는 0℃에서 40℃ 또는 양호하게는 4℃에서 10℃이다.

3. Au 박층 위에서 유기 분자층을 형성하는 반응 시간은 30분에서 48시간 또는 양호하게는 1시간에서 24시간이다.

반응 후, 필요하다면 기판은 사용된 용매로 세정되어 비자가 조합 방식으로 기판 표면 위에 흡수된 유기 분자층의 영역을 제거한다.

(6) 리프트-오프 방법에 의해 증착막을 패턴화하는 방법

리프트-오프 방법에서, 레지스트 패턴의 형성과 재료층의 증착 순서는 레지스트 층을 사용하는 보통의 패턴화 방법의 것과 비교해 역전된다. 레지스트 층의 전체 표면 상에 재료층을 증착함으로써 그리고 이후 레지스트 층을 제거함으로써, 레지스트층 위에 증착된 재료층 영역이 레지스트 층과 함께 제거될 수 있다. 리프트 오프 방법의 원리는 레지스트 층 상에서 재료를 도포하는 것이 불완전함으로 인해 레지스트 층의 주변부 위에서 재료층에 형성된 크랙(crack)을 사용하는 것이다. 레지스트 필링(peeling) 용매는 재료층의 이런 크랙을 통해 들어가서 레지스트 층이 팽창되고 용해되도록 한다. 재료층에 형성된 크랙에 대해 레지스트 층의 요구되는 두께는 층착막 두께의 두배 또는 그 이상이 된다. 이후 본 발명의 양호한 실시예가 설명된다. 그러나 본 발명은 아래에 설명된 이런 실시예에 제한되지 않는다.

[실시형태 1]

도1은 본 발명의 실시형태 1에 따른 지연막의 구조를 예시한 단면도이다. 도2는 상기 언급한 지연막을 제조하는 방법을 설명한 단면도이다.

도1에 도시된 대로, 지연막(100)은 제1편평표면 패턴을 갖는 제1영역(오목부)(101) 및 제2편평 표면 패턴을 갖고 제1영역의 것보다 더 큰 두께를 갖는 제2영역(볼록부)을 구비한다. 이런 구조를 갖는 지연막(100)에서 지연 효과는 오목부(101)와 볼록부(102)에 대해서 달라진다. 이런 구조를 갖는 지연막을 제조하는 방법은 도2를 참조해 설명된다. 먼저, 예를 들어 액체 레지스트 수지는 지연막을 형성하기 위해 한 쌍의 기판(11a) 및 (11b) 상으로 가해진다. 이후 마스크 등과 같은 것을 통해 광을 선택적으로 조사하는 노광 후에, 규정된 패턴을 갖는 레지스트층(12a) 및 (12b)를 형성하기 위해 현상이 수행된다. 상기 언급한 기판(11a) 및 (11b)는 유리 기판 같은 것으로 만들어진다.

다음으로, 배향층(13a) 및 (13b)가 각각 이렇게 패턴화된 레지스트 층(12a) 및 (12b) 위에 형성된다. 그러면 배향층이 러빙 섬유(rubbing fabric)으로 러빙된다. 이런 공정 동안 레지스트층(12a) 및 (12b)가 남게되고 레지스트층이 제거되는 곳인 기판 표면 영역 사이에서의 한단계가 존재하기 때문에, 배향층(13a) 및 (13b)의 표면은 이런 단계에 해당하는 오목부와 볼록부를 갖는다.

기판 표면 상에 오목부와 볼록부를 형성하기 위한 이런 처리는 건조막, SiO₂와 같은 비유기층, ITO(인듐 산화물과 주석 산화물의 혼합물)와 같은 것, Au, Al, Mo, Ag, Cu와 같은 금속층과 같은 광감광성 막을 패턴화하는 방법 또는 레지스트처럼 유기 박막을 패턴화하기 위한 방법에 의해 또한 형성될 수 있다.

상기 언급한 건조막은 롤(roll)로서 유지된다. 이후 롤로서 또한 유지되는 플라스틱 막이 기판 재료로 사용된다면, 건조막과 플라스틱 막은 이들의 개별 롤로부터 이들을 당겨주면서 연속적으로 함께 당겨질 수 있다.

이렇게 같이 배치된 건조막과 플라스틱 막은 다음으로 선정된 디멘젼이 되도록 처리되어 지연막의 기판으로서 사용된다. 따라서 기판 표면 상의 오목부와 볼록부를 상기와 같이 형성하는 것은 레지스트와 같은 것이 선정된 디멘젼이 되도록 처리된 개별 기판 상에서 유기 박막으로서 코팅되는 방법보다 건조막을 사용할 때 더 좋은 작업성으로 수행될 수 있다.

대안으로, 기판 표면 상의 볼록-오목 구조는 플루오릭 산 또는 그와 같은 것으로 유리기판의 표면을 선택적으로 제거함으로써 또는 임의의 볼록-오목 구조를 갖는 금속 몰드로 플라스틱 기판을 만듦으로써 형성될 수 있다.

그 표면이 상기 설명한 대로 처리되는 한 쌍의 기판은 액정 분자의 방향이 한 축을 따라 배향되었을 때 개별 기판에 대한 러빙 방향이 동일하고, 액정 분자가 트위스트 되어야 한다면 러빙 방향이 필요한 각을 형성하는 방식으로 밀봉 재료(15)로 함께 묶여진다. 이런식으로 지연막을 형성하는 셀(11)0이 획득된다. 필요하다면 스페이서(14)가 기판이 같이 묶여지기 전에 산포된다.

여기서, 기판(11a) 및 (11b)는 자신들의 표면이 오목부 및 볼록부를 갖도록 처리된다. 그러나, 이런 표면 처리가 기판 중 최소한 하나에 대해 수행되는 것이 필요할뿐이다. 이 경우, 레지스트 층을 형성하는 단계는 기판 상에서 볼록부 및 오목부를 형성하도록 처리되지 않을 어느 한 기판에 대해 생략될 수 있다.

그러면, 최소한 광 중합성 액정 재료와 광중합 개시제를 포함하는 혼합된 재료(18)가 상기와 같이 획득된 한 쌍의 기판(11a) 및 (11b)사이의 갭 내로 주입된다.

중합이 광 조사에 의해 개시될 수 있는 한 임의의 액정 재료가 광 중합성 액정 제료로 사용될 수 있다. 예를 들어 아크릴릭기가 아래의 화학식(1)에 예시된 대로 부착된 액정 재료가 사용될 수 있다.

이런 특성을 갖는 중합성 액정 재료가 독자적으로 또는 조합되어 사용될 수 있다. 중합된 액정 재료에서 액정 분자가 트위스트 되어야 할 때 카이럴제(chiral agent)가 필요하다면 사용될 수 있다. 카이럴제로서는 S-811(Merck ＆ Co, Ltd가 제조)가 사용될 수 있다. 또한 광중합 개시제로서는 Irgacure 651(Ciba Geigy Corporation에서 제조)가 사용될 수 있다. 주입 구멍은 수지같은 것으로 밀봉될 수 있다. 그러나 UV 경화성 수지가 수지 재료로 사용될 때, UV광이 중합성 액정 재료가 주입된 영역에 입사하지 않도록 하는 방식으로 UV광을 조사하는 것이 필요하다. 또한 경화 공정에 대해 UV 광의 조사를 요구하지 않는 두 성분의 경화성 수지 또는 상기 언급한 주입 구멍에 대해서 공기와 접촉할 때 경화되는 밀봉 수지인 순간 접착제를 사용하는 것이 효과적이다.

다음으로, 중합성 액정 재료가 바깥쪽으로부터 상기 언급한 셀(110)을 UV 광과 같은 것으로 조사되어 경화된다. 이렇게 형성된 지연막(100)은 기판 사이에 끼워져서 사용될 수 있거나, 또는 필요하다면 지연막(100)이 밀봉 재료(15)를 필링하여 한쌍의 기판으로부터 꺼내져 사용될 수 있다.

[실시예 1]

이하, 실시형태 1의 지연막(retardation film)의 구체적인 구성의 일례를 실시예 1로서 설명한다. 실시예 1에서는 기판 표면에 오목-볼록 구조를 형성시키기 위하여 레지스트층(resist layer)이 사용되는 경우에 대해서 설명한다.

상기 설명된 기판(11a, 11b)으로서는 7059 글래스(glass)(Corning 사제)를 사용한다. 기판(11a 11b)에는 포지티브형 포토레지스트(positive type photoresist)(OFPR-800, Tokyo Ohka Kogyo 사제)를 1 ㎛의 막 두께로 도포한 다음에 포토리쏘그래피 기법을 이용하여 레지스트층(12a, 12b)을 뱅크(bank) 형상으로 남겨두고 패턴화시켰다. 다음, 그 레지스트층(12a, 12b) 상에 배향층(alignment layers)(13a, 13b)(S-150, Nissan Chemical Industries 사제)을 두께 500 Å으로 각각 형성하고, 나일론 섬유가 도포된 배향층 상에 일축방향 러빙(rubbing)을 실시하였다.

상기와 같이 하여 제조된 기판(11a, 11b)을 오목-볼록 구조를 갖는 그 표면들이 서로 대향하도록 또 그 러빙 방향이 임의의 트위스트각(twist angle)과 일치하도록 배치하였다. 또한, 필요하다면, 스페이서(14)를 산포시키고(dispersed), 기판의 단부를 밀봉재(15)를 이용하여 함께 붙여서 지연막 제조용 셀(110)을 형성하였다.

그렇게 해서 형성된 셀(110)의 기판들(11a, 11b) 사이의 간격에 상기 화학식(1)의 중합성 액정 재료와 중합 개시제(Irgacure 651, Ciba Geigy 사제)를 주입하였다. 그 다음, UV 광을 조사하여 중합성 액정 재료를 경화시켜서 지연막을 제조하였다.

따라서, 상기 제조된 지연막(100)의 표면에는 레지스트층에 의해 패턴화된 기판 표면 상의 오목-볼록 구조를 반전시켜 얻어진 오목-볼록 형상이 형성되었다.

대안으로서, 건조 박막(dry film)과 같은 감광성막, SiO₂층이나 ITO 층 등과 같은 무기층 (inorganic layer), 또는 Au, Al, Mo, Ag, Cu 등과 같은 금속층을 사용하거나, 플루오르산(fluoric acid)등으로 글래스 기판의 표면을 선택적으로 부식하거나, 또는 오목-볼록 구조를 갖는 금형에서 플라스틱 기판을 형성하여서 지연막 상에 상기 설명된 것과 유사한 오목-볼록 구조를 형성하였다. 지연막 상에 투과 UV 광량을 감소시키는 금속층으로 오목-볼록 구조를 형성하는 경우에는, 중합성 액정 재료의 중합 반응에 충분한 UV광 강도가 얻어지지 않는다면, 어느 한쪽의 기판에만 금속층을 형성하고, 금속층이 형성되지 않은 기판측으로부터 UV 광을 조사해도 된다. 원자간력(atomic force)현미경(SFA 300, Seiko Instruments 사제)으로 지연막의 표면을 관찰했을 때, 오목부와 볼록부 사이의 단차는 1㎛ 이었다. 이것은 레지스트층에 의한 단차가 지연막에 재현되었음을 확인해 주었다.

[실시형태 2]

다음, 본 발명의 실시형태 2에 따른 지연막 및 그 제조 방법에 대해서 설명한다.

도3은 실시형태 2의 지연막의 구조를 개략적으로 도시한 것이다. 지연막(200)은 중합성 액정 재료층을 포함하며, 중합성 액정 재료의 액정 분자(28)의 틸트각(tilt angle)이 작은 영역(201)과 액정 분자(28)의 틸트각이 큰 영역(202)을 갖고 있다. 각 영역(201, 202)에서는 지연막에서의 지연량(retardation)이 서로 다르다.

다음, 도4a 및 4b를 참조하여 지연막 제조 방법에 대해서 설명한다.

먼저, 글래스판 등으로 된 기판(21a, 21b)상에 배향층(22a 22b)이 형성된다. 그 다음, 이 배향층(22a 22b)위에 스퍼터링법으로 SiO₂층이나 ITO층 등과 같은 산화막이나, Au, Al, Ag, Cu 등과 같은 금속층을 유기 분자 박막(24a, 24b)(후술됨)의 기부층(underlying layers)(23a, 23b)으로서 형성한다.

다음, 그 기부층(23a, 23b)에 레지스트 또는 건조 박막과 같은 포토리쏘그래피법에 의해 패턴화 될 수 있는 재료를 도포 또는 부착시키고, 노광 및 현상처리에 의해서 소정 패턴을 갖는 레지스트층(25a, 25b)을 형성한다. 만일, 이미 형성되어 있는 기부층(23a, 23b)이 SiO₂와 같은 산화막이라면, 상술한 바와 같이 처리된 기판을 옥타디실트리클로로실란(octadecyltrichlorosilane)과 같은 실란 결합제(coupling agent)를 5 wt%함유한 에탄올 용액 중에 침적시켜(immersed) 유기 분자층(24a,24b)을 형성한다. 또한 만일 기부층이 Au 층과 같은 금속층이라면, 기판을 옥타디실티올(octadecylthiol)과 같은 황산 원자(SH기 또는 이황화물 결합(disulfide bond))를 가진 유기분자를 5 wt% 함유한 에탄올 용액 중에 침적시켜 유기 분자층(24a,24b)을 형성한다. 이들 공정에서 유기 분자층(24a,24b)은 레지스트층의 개구부에 노출된 산화막 또는 금속층으로 된 기부막(23a,23b) 상에만 형성된다.(도4a).

다음 레지스트층(25a,25b)을 제거한 다음에, 유기 분자층(24a,24b)이 형성되어 있는 기판의 표면을 나일론 섬유 등으로 러빙한다.

상기와 같이 제조된 기판(21a,21b)을 상술한 실시형태 1에서와 마찬가지로, 필요하다면 스페이서(26)를 산포시켜서, 유기 분자층이 형성되어 있는 표면이 서로 대향되게 하여 기판단부를 밀봉재(27)를 이용하여 함께 붙인다. 이로서 지연막 제조용 셀(120)이 형성된다.

다음, 실시형태 1에서 설명한 것과 같은 중합성 액정 재료(28)를 기판들(21a,21b)사이의 간격에 주입하여 중합시켜서 실시형태 1에서와 같은 방법으로 지연막(200)을 제조한다(도 4b).

유기 분자층(24a,24b)이 형성되어 있는 기판(21a,21b)의 영역과 유기 분자층이 형성되어 있지 않은 기판의 영역은 그 표면 상태들이 서로 다르기 때문에 기판에 대한 액정 분자의 틸트각이 변할 수가 있다.

[실시예 2]

이하, 실시형태 2에서의 지연막의 구체적인 구성의 일례에 대해서 설명한다.

실시예 2에서는 도 4a 및 4b를 참조로 유기 분자층(24a,24b)이 옥타디실트리클로로실란으로 형성되는 경우에 대해서 설명한다.

한 쌍의 투명 글래스 기판(21a,21b)(7059, Corning 사제) 상에 배향층(22a,22b)(S-150, Nissan Chemical Industries 사제)을 500 Å의 두께로 각각 형성하였다. 그 다음, 이들 배향층 상에 스퍼터링법을 이용하여 200Å의 두께로 SiO₂층을 기부층(23a,23b)으로서 증착하였다. 이어, 이들 증착막(23a,23b)상에 포지티브형 포토레지스트(OFPR-800, Tokyo Ohka Kogyo 사제)를 막 두께 1 ㎛로 도포한 다음에 포토리쏘그래피법으로 레지스트층(25a,25b)을 뱅크 형상으로 남겨두고 패턴화 시켰다.

다음, 상기와 같이 표면처리된 기판(21a,21b)상에 실란 결합제를 써서 다음과 같은 방식으로 유기 분자층(24a,24b)을 형성하였다.

표면상에 레지스트 패턴이 형성된 기판을 옥타디실트리클로로실란(Tokyo Chemical Industries 사제)을 5 wt% 함유한 에탄올(Wako Pure Chemical Industries 사제) 용액에 침적시켰다. 침적시간은 1시간이고, 온도는 침적 공정 중에 10℃로 유지하였다. 이어, 기판 표면상의 레지스트층(25a,25b)을 2 %NaOH 수용액으로 제거한 후에 나일론 섬유를 가지고 일축방향으로 러빙을 실시하였다.

이와 같이 해서 제조된 기판(21a,21b)을 유기분자층이 형성된 표면들이 서로 마주보도록 하고 또 그 러빙 방향이 임의의 트위스트각과 일치하도록 배치하였다. 또한, 필요하다면, 스페이서(26)를 산포시키고, 기판들을 밀봉재(27)를 이용하여 함께 붙여서 지연막 제조용 셀(120)을 형성하였다.

그 다음, 상기 설명된 화학식(1)에서 주어진 중합성 액정 재료(28)와 중합 개시제(Irgacure 651, Ciba Geigy 사제)를 상술한 바와 같이 제조된 기판들 사이의 간격에 주입하고, 그 중합성 액정 재료(28)를 경화시키기 위해 UV 광을 조사하였다.

상기와 같이 제조된 지연막(200)의 중합성 액정 재료 내의 액정 분자들의 틸트각을 틸트각 측정 장치(NSMAP. 3000 LCD, Sigma Optics 사제)를 사용하여 측정한 결과, 다음과 같았다. 유기 분자층이 형성된 기판 영역에서는 틸트각이 60°이었고, 유기 분자층이 형성되지 않은 기판 영역에서는 틸트각이 4°이었다. 이처럼, 중합성 액정 분자의 틸트각은 기판상에 유기 분자층을 선택적으로 배치함으로써 변화될 수가 있었다.

[실시예 3]

다음, 실시형태 2에서의 지연막의 구체적인 구성의 다른 예를 실시예 3으로서 설명한다. 실시예 3에서는 도 4a 및 4b를 참고로 유기 분자층이 옥타디실티올로 형성되는 경우에 대해서 설명한다.

한 쌍의 투명 글래스 기판(21a,21b)(7059, Corning 사제)상에 배향층(22a,22b)(S-150, Nissan Chemical Industries 사제)을 500 Å 두께로 형성하였다. 그 다음, 이들 배향층 상에 스퍼터링법을 이용하여 200 Å의 두께로 Au 층을 기부층(23a,23b)으로서 증착하였다. 이어, 이들 증착막(23a,23b)상에 포지티브형 레지스트(OFPR-800, Tokyo Ohka Kogyo 사제)를 막두께 1 ㎛로 도포한 다음에 포토리쏘그래피법으로 레지스트층(25a,25b)을 뱅크 형상으로 남겨두고 패턴화 시켰다.

다음, 상기와 같이 처리된 기판상에 유기 분자층(24a,24b)을 다음과 같은 방식에 따라 셀프-어셈블리(self-assembly)하였다.

상기와 같이 설명된 표면 상에 오목-볼록 형태를 가진 기판(21a,21b)을 옥타디실티올(Tokyo Chemical Industries 사제)을 5 wt% 함유한 에탄올(Wako Pure Chemical Industries 사제) 용액 중에 침적시켰다. 침적시간은 1시간이고, 온도는 침적 공정 동안에 10℃로 유지하였다. 다음, 레지스트층(25a,25b)을 2% NaOH수용액으로 제거한 다음에 나일론 섬유로 일축방향 러빙을 실시하였다.

상기와 같이 제조된 기판(21a,21b)을 유기 분자층이 형성된 표면들이 서로 마주보도록 하고 또 그 러빙 방향이 임의의 트위스트각과 일치하도록 배치하였다. 또한, 필요하다면, 스페이서(26)를 산포시키고, 기판(21a,21b)을 밀봉재(27)를 이용하여 함께 붙여서 지연막 제조용 셀(120)을 형성하였다.

상기 설명된 화학식(1)에서 주어진 중합성 액정 재료와 중합 개시제(Irgacure 651, Ciba Geigy 사제)를 상술한 바와 같이 제조된 기판들 사이의 간격에 주입하고, 그 중합성 액정 재료를 경화시키기 위하여 UV 광을 조사하였다.

상기와 같이 제조된 지연막(200)의 중합성 액정 분자들의 틸트각을 측정 장치(NSMAP.3000 LCD, Signa Optics 사제)를 사용하여 측정한 결과, 다음과 같았다. 유기 분자층이 형성된 기판표면 영역에서는 틸트각이 63°이었고, 유기 분자층이 형성되지 않은 기판표면 영역에서는 틸트각이 4°이었다.

상술한 바와 같이, 중합성 액정 재료의 액정 분자의 틸트각은 기판 상에 유기 분자층을 선택적으로 배치함으로써 변화될 수가 있었다.

[실시형태 3]

다음, 본 발명의 실시형태 3에 따른 지연막과 그 제조 방법에 대해서 설명한다.

실시형태 3에서의 지연막도, 도3에 도시된 실시형태 2의 지연막(200)에서 처럼, 지연막을 이루는 중합성 액정 재료의 액정 분자의 틸트각이 변화되는 것이다.

이하, 도5a 및 5b를 참조로 실시형태 3의 지연막 제조 방법에 대해서 설명한다.

먼저, 글래스판 등으로 된 기판(31a,31b) 상에 배향층(32a,32b)을 형성한다. 다음, 이 배향층 위에 레지스트나 건조 박막과 같은 포토리쏘그래피법에 의해 패턴화될수 있는 재료를 도포 또는 부착하고, 노광 및 현상처리에 의해서 소정 패턴을 갖는 레지스트층(33a,33b)을 형성한다. 다음, SiO₂나 ITO와 같은 산화막, 또는 Au, Ag, Al, Cu 등과 같은 금속층을 유기 분자 박막(후술됨)의 기부막(34a,34b)으로서 소정 패턴을 갖는 레지스트층(33a,33b)상에 스퍼터링법으로 증착하였다(도 5a). 기부막(34a,43b)이 Au로 형성된 경우에는 레지스트층(33a,33b) 상에 Cr막을 형성한 후에 Au층을 증착해도 된다.

다음, 아세톤과 같이 레지스트를 용해시킬 수 있는 용제 중에 기판(31a,31b)을 침적시키고, 리프트 오프(lift-off) 법으로 기부막(34a,34b)을 패턴화시킨다. 기부막(34a,43b)이 SiO₂층이라면, 옥타디실트리클로로실란과 같은 실란 결합제를 5 wt% 함유한 에탄올 용액 중에 기판(31a,31b)을 침적시키고, 기부막(34a,43b)이 Au 층이라면, 옥타디실티올과 같은 황산 원자(SH기 또는 이황화물 결합)를 가진 유기 분자를 5 wt% 함유한 에탄올 용액 중에 침적시켜서 유기 분자층(35a,35b)은 SiO₂ 층이나 Au 층이 존재하는 기판 상에만 형성된다.

다음, 레지스트층을 제거한 후에, 유기 분자층(35a,35b)이 형성된 기판(31a,31b) 표면을 러빙한다. 이어, 실시형태 1에서처럼, 유기 분자층들이 서로 마주보도록하여 상기와 같이 제조된 기판들의 단부를 밀봉재(37)를 이용하여 함께 붙인다. 기판들을 함께 붙일 때, 필요한 경우 스페이서(36)를 산포시킨다. 이로써 지연막 제조용 셀(130)을 완성한다.

다음, 실시형태 1에서 설명했던 것과 같은 중합성 액정 재료(38)를 셀(130)을 이루는 한 쌍의 기판(31a,31b) 사이의 간격에 주입하고, 이어 중합성 액정 재료(38)를 중합시켜 실시형태 1에서와 같은 방법으로 지연막을 제조한다.

유기 분자층이 형성된 기판 표면 영역과 유기 분자층이 형성되지 아니한 기판 표면 영역은 표면 상태가 서로 다르기 때문에 기판에 대한 액정 분자의 틸트각은 이들 영역들 간에서 변화될 수 있다.

상술한 바와 같이, 기판들 사이에 개재된 중합성 액정 재료의 액정 분자들의 틸트각을 한 쌍의 기판의 대향면 상에 유기 분자층을 선택적으로 배치함으로써 변화될 수 있다.

상술한 실시형태 1에서 처럼, 상기 지연막은 그 제조용 셀(130)로부터 끄집어 낸 상태에서 사용할 수 있다. 그 경우에, 그 제조용 셀(130)의 기판(31a,31b)은 물론 유기 분자층(35a,35b)이 지연막으로부터 제거된다. 유기 분자층으로 인한 단차가 지연막의 표면에 형성되더라도 유기 분자층의 두께가 지연막의 전체 두께의 약 1/100 정도로 작기 때문에 지연막 표면 상의 단차를 무시할 수 있다.

[실시예 4]

다음, 실시형태 3의 지연막의 구체적인 구성예를 실시예 4로서 설명한다.

유기 분자층(35a,35b)이 실시형태 3에서의 옥타디실트리클로로실란으로 된 경우에 대해서 설명한다.

한 쌍의 투명 글래스 기판(31a,31b)(7059, Corning 사제) 상에 배향층(32a,32b)(S-150, Nissan Chemical Industries 사제)을 500 Å의 두께로 형성하였다. 다음, 그 배향층 위에 포지티브형 레지스트(OFPR-800, Tokyo Ohka Kogyo 사제)를 도포한 뒤에 레지스트층(33a,33b)를 뱅크 형상으로 남겨두고 포토리쏘그래피법으로 패턴화시켰다.

다음, 레지스트층(33a,33b) 상에 SiO₂층을 기부층 (34a,34b)으로서 스퍼터링법으로 두께 200Å으로 증착하였다. 다음, 아세톤(Wako Pure Chemical Industries 사제)중에 기판(31a,31b)을 침적시키고, 리프트-오프법으로 레지스트층 상에 증착된 SiO₂ 층과 함께 레지스트층을 제거하여 SiO₂층을 패턴화시켰다. 이어, 실란 결합제를 사용하여 기판(31a,31b)상에 다음과 같은 방식으로 유기 분자층(35a,35b)을 형성하였다.

먼저 표면 상에 선택적으로 형성된 SiO₂ 층을 가진 기판(31a,31b)을 옥타티실트리클로로실란(Tokyo Chemical Industries 사제)을 5 wt% 함유한 에탄올(Wako Pure Chemical Industries 사제)용액 중에 침적시켰다. 침적시간은 1시간, 온도는 침적 공정중에 10℃로 유지시켰다. 이어, 기판(31a,31b)의 표면에 나일론 섬유로 일축 방향 러빙을 실시하였다.

상기와 같이 제조된 기판을 유기 분자층이 형성된 표면이 서로 마주보도록하고 러빙 방향은 임의의 트위스트각과 일치되게끔 배치하였다. 또한, 필요한 경우에는 스페이서(36)를 산포시켜서, 기판을 밀봉재(137)를 이용하여 함께 붙여서 지연막 제조용 셀(130)을 형성하였다.

이어, 상기와 같이 형성된 셀(130)의 기판들 사이의 간격에 상기 화학식(1)에서 주어진 중합성 액정 재료(38)와 중합 개시제(Irgacure 651, Ciba Geigy 사제)를 주입하고, UV광을 조사하여 중합성 액정 재료를 경화시켰다.

상기와 같이 제조된 지연막의 중합성 액정 분자들의 틸트각을 틸트각 측정 장치(NSMAP.3000 LCD, Sigma Optics 사제)로 측정한 결과, 다음과 같았다. 유기 분자층이 형성된 기판 영역에서는 틸트각이 59° 이었고, 유기 분자층이 형성되지 않은 기판 영역에서는 틸트각이 4°이었다.

상술한 바와 같이, 액정 분자들의 틸트각은 지연막 제조용 기판의 표면 상에 유기분자층을 선택적으로 배치함에 따라 변화될 수가 있었다.

[실시예 5]

이어서, 실시형태 3의 지연 막의 특정 구조의 다른 예에 대하여 실시예 5로서 설명한다. 여기서는 유기 분자층(35a,35b)을 실시형태 3의 옥타디실티올(octadecylthiol)에 의해 형성한 경우에 대하여 설명한다.

한쌍의 투명한 유리 기판(31a,31b)(7059; 코닝 사제)상에 배향층(32a,32b)(S-150;닛산화학 사제)을 각각 500Å두께로 형성했다. 이어서, 상기 배향층위에 포지티브형 레지스트[OFPR-800; 동경응화(應化) 사제]를 1㎛의 두께로 도포하여 포토리쏘그래피 공정에 의해 레지스트층(33a,33b)이 뱅크 형태(bank shape)로 남도록 패턴화 했다.

그리고, 이 레지스트층(33a,33b)위에 Au 층을 200Å의 두께로 증착하여 기부막(34a,34b)을 형성했다. 이어서, 이 기판(31a,31b)을 아세톤(化光純樂社製)속에 침적하여, 리프트 오프(lift-off)법에 의해 레지스트층과 동시에 이 레지스트층 위에 퇴적되어 있는 Au 층을 제거하고 Au 층을 패턴화 했다.

그후에, 상기 기판(31a,31b) 상에 다음 방식의 셀프 어셈블리(self-assmebly)에 의해 유기 분자층(35a,35b)을 형성했다. 5wt% 옥타디실티올(동경화성 사제)를 함유한 무수에탄올(和光純樂社製) 용액에 표면에 유기분자층(35a,35b)가 선택적으로 형성된 기판(31a,31b)을 침적한다. 침적시간은 12시간이었고 처리 온도를 침적 공정내내 4℃로 유지했다. 용액으로부터 꺼낸 후에, 기판을 상기 에탄올로 세정하고, 건조한 후에 해당 기판에 대하여 나이론 섬유에 의해 일축방향으로 러빙(rubbing)을 행했다. 이와 같이 제조한 양 기판을, 유기분자층(35a,35b)이 형성되어 있는 표면이 서로 대향하고, 러빙 방향이 임의의 트위스트 각과 일치하도록 배치했다. 또한, 필요한 경우에 스페이서(36)의 산포를 행하고, 밀봉재(37)에 의해 기판을 서로 붙였다. 이에 따라, 지연막을 형성하기 위한 셀(130)을 형성했다. 이와 같이 하여 형성된 셀(130)의 기판간의 간극에 상기 화학식(1)에서 표시한 중합성 액정 재료(38)와 중합개시제(Irgacure 651; Ciba Geigy 사제)를 주입하고, 중합성 액정 재료(38)를 중합화하기 위해 UV선을 조사했다. 상기와 같이 제조된 지연막의 중합성 액정 분자의 틸트 각을 틸트 rkr측정 장치(NSMAP. 3000 LCD; Sigma Optics 사제)로 측정했다. 그 결과, 기판의 유기 분자층이 형성되어 있는 영역에서는 틸트각이 65° 이었고, 기판의 유기분자층이 형성되어 있지 않은 영역에서는 틸트각이 4°였다. 상술한 바와 같이, 지연막을 형성하기 위해 기판의 표면에 유기분자층을 선택적으로 배치하므로써, 지연막으로서 위치에 따라 중합성 액정재의 액정 분자의 틸트각이 다른 것을 얻을 수 있다.

[실시형태 4]

이어서 실시형태 4에 따른 액정 표시 소자에 대하여 설명한다.

도6은 본 발명의 액정 표시 소자(140)의 구조를 나타내는 단면도이다. 이 액정 표시 소자(140)는 지연량이 다른 영역을 선택적으로 형성한 지연막(48)을 포함한다. 이 액정 표시 소자(140)는 단순 매트릭스 형태이며, 액정층을 협지하는 한 쌍의 투명한 기판(41a,41b)의 대향면에는 각각 밴드 형상의 전극(42a,42b)이 복수개 형성되어 있고, 해당 양 전극(42a,42b)은 서로 교차하도록 배치되어 있다.

전극(42a,42b)이 서로 교차하는 부분이 픽셀 영역(46)이다. 픽셀 영역(46)은 액정 재가 공간을 채우고 있는 액정 영역(43)을 포함한다. 2개의 기판간의 픽셀 영역(46)과 다른 영역인 비 픽셀 영역(47)에는 액정 영역(43)을 둘러싸도록 고분자 벽(44)이 배치되어 있다. 또, 하나의 기판(도 6의 기판(41b))의 외측에 면에는 지연막(48)이 배치되어 있는데 이 지연막은 액정 영역(43)에 대응하는 영역과 고분자벽(44)에 대응하는 부분이며, 지연량이 다른 구조로 되어 있다. 또한, 도6에는 도시되어 있지 않지만, 전극(42a,42b)위에 절연층 및 배향층이 제공될 수 있다.

도6에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 기판(41a,41b)은 밀봉재(45)에 의해서 그들의 에지에서 서로 붙여진다. 기판간의 간극을 조정하기 위해서 2개의 기판(41a,41b)간에 스페이서(49)가 제공된다.

이어서 상술한 액정 표시 소자(140)의 제조 방법에 대하여 설명한다. 먼저, 기판(41a, 41b)상에 각각 예를 들면 스퍼터링에 의해 ITO 층을 2000Å의 두께로 퇴적한후, 이 ITO층을 패턴화하여 밴드형 전극(42a,42b)을 형성했다. 상기 기판 재료로서는 적어도 한쪽의 기판이 광dmf 투과하는 한 어떠한 재료도 사용될 수 있는데, 유리, 플라스틱 막 등이 열거될 수 있다. 또한, 한쪽의 기판이 투명하면 다른쪽의 기판은 그 표면에 투명하지 않은 금속층을 설치한 기판이라도 된다.

이어서, 각 기판위의 투명전극을 덮도록 스퍼터링에 의해 전기 절연층(도시 생략)이 형성된다. 이어서, 그 위에 배향층(도시 생략)이 더 형성되고, 이 배향층은 나일론 섬유로 러빙 처리 된다. 그러나, 이 전기적 절연층 및 배향층은 반드시 요구되는 것이 아니며 상황에 따라서는 형성하지 않을 수도 있다.

상술한 바와 같이 처리된 기판(41a,41b)은 투명한 전극(42a,42b)이 서로 직교하도록 서로 대향하여 배치된다. 두 기판들 사이에는 스페이서(49)가 산포되고, 기판(41a,41b)의 단부를 밀봉재(45)에 의해 서로 붙임에 의해서 표시용 액정 셀(40)을 제조한다.

이어서, 이와 같이 하여 얻어진 표시용 셀(40)의 기판간의 간극에 표시 매체를 주입한다. 표시 매체는 셀(40)의 주입 홀(도시 생략)을 통해 주입된다.

여기서, 적어도 액정 재료, 중합성 재료 및 광중합 개시제의 혼합재료를 표시 매체로서 주입하고, 액정 재료 및 중합성 재료는 상분리를 행한다. 상술한 액정 재료로서는, 종래의 TN 모드, STN 모드, ECB 모드, 강유전성 액정 표시 모드, 광산란모드등 액정 표시 소자에 사용되는 액정 재료의 어느것이라도 사용될 수 있다.

카이럴 제(S-811)를 3% 첨가한 ZLI-4427(Merck 사제)의 STN 모드용 액정재등이 사용될 수 있다. 중합성 재료로서는, 이소보닐 메타크릴레이트, P-페닐스틸렌(양자 모두 NIPPON화약 사제)등 광조사에 의해 중합하고 경화되는 것이면 어느것이라도 사용될 수 있다. 중합성재는 단독 또는 결합에 의해 사용될 수 있다. 또, 그 혼합재는 중합성개시제를 포함할 수 있다. 광중합 개시제로서는 Irgacure 651(Ciba Geigy 사제)가 사용될 수 있다. 표시용 셀(40)의 주입 구멍은 수지등으로 밀봉된다. 그러나, 자외선 경화수지를 밀봉용으로 사용한 경우는, 혼합된 재료가 주입된 영역에 자외선이 입사되지 않도록 자외선을 조사할 필요가 있다. 또, 상술한 주입 구멍의 밀봉수지로서 그 경화처리에 자외선의 조사가 필요하지 않은 2액 혼합성 경화수지나 공기와 접촉함으로써 경화되는 순간 접착제를 사용하는 것이 효과적이다. 이어서, 표시용 셀(40)의 외부로부터 상기 혼합 재료에 자외선등의 광이 조사된다. 이렇게 하여, 광이 조사되는 측의 기판에는 액정 영역(43)에서 기판상의 다른 영역과 비교하여 투과 광량 등의 에너지 강도가 보다 작게 되도록 처리를 행한다.

자외선을 조사하는 경우에는, 포토마스크로서 차광하거나, 혹은 ITO 등의 금속층이나 무기층 또는 유기층 등에 의해 자외선을 흡수시켜 선택적으로 투과 광량 분포를 발생시킨다. 광원으로서는 평행한 자외선 조사용의 고압 수은 아크램프가 사용될수 있다. 조사위치는 임의로 선택될 수 있다. 예를 들면 조사는 기판 표면상에서의 조사강도가 10 mw/㎠이 되는 위치에서 행해진다.

에너지 강도 분포를 선택적으로 발생시키므로서, 표시용 셀(40)에 주입된 혼합된 재료가 액정 영역과 고분자 영역이 형성되도록 상분리된다. 액정 분자의 배향을 안정화시키기 위해 기판 온도를 고온으로하여 자외선 조사를 행할 경우에는 냉각 오븐의 내부에서 실온 혹은 저온(0℃ 혹은 그 이하)까지 서서히 냉각시키는 것이 좋다. 또한 상 분리후, 고분자의 가교도 향상시키기 위해 실온 혹은 저온(0℃)에서 자외선 등의 에너지를 더 공급할 수 있다.

액정 표시 소자(140)의 액정 셀을 형성하는 다른 방법으로서는, 레지스트 혹은 감광성 수지를 사용한 포토리쏘그라피 처리에 의해 레지스트 층으로 이루어진 벽을 한쪽의 기판의 비전극 영역(전극형성 이외의 영역)에 형성한다. 여기서, 레지스트 재료로서는, OFPR-800(동경응화 사제)가 사용될 수 있다. 또한, 카이럴제 S-811을 3% 첨가한 ZLI-4427(Merck 사제)등의 상기 액정재를 한쪽기판의 표면에 적하(drop)한다. 이어서, 한쪽의 기판상의 전극이 다른쪽 기판상의 전극과 교차하도록 밀봉재에 의해 서로 붙여진다. 필요한 경우에는 기판들 간에 스페이서가 산포된다. 결국, 액정 영역(43)과 고분자 영역(44)이 임의 위치에서 선택적으로 형성된 구조가 2기판(41a,41b)간에 형성된다. 여기서는 고분자 재료가 비 픽셀 영역에 배치되고, 액정 재료는 픽셀 영역에 배치된다.

이어서, 상술한 바와 같이 제조된 액정 셀(40)의 하나의 기판(도6의 41b)상에 지연막(48)이 배치된다. 지연막(48)으로서는 상술한 실시형태 1 내지 3에 기재된 것들중의 하나가 사용된다. 또한, 지연막(48)의 지연량은 고분자벽(44)에 대응하는 영역 및 표시용 셀(40)의 액정 영역에서 지연량이 다르도록 조정된다.

또한, 지역막(48)의 막 두께 및 중합성 액정 분자의 틸트각은 액정 표시 소자(140)가 정상 화이트 모드(normally white mode)로 동작하는 경우에, 무전압 인가 상태일 때의 재생된 색이 가장 백색에 가깝도록 결정된다.

[실시예 6]

이어서, 본 실시형태 4의 액정 표시 소자의 특정 구조의 예를 실시예 6으로서 설명한다. 실시예 6에서는 표시매체로서 STN 액정재를 사용하는 단순 매트릭스 형태의 액정 표시 소자를 도6 및 도7를 참조하여 설명한다.

표시용 셀(40)을 구성하는 한 쌍의 기판(41a,41b)으로서 7059 유리(코닝 사제)가 사용된다. 이어서 기판(41a,41b)위에 밴드형 전극(42a,42b)이 각각 형성되도록 스퍼터링에 의해 ITO층이 2000Å의 두께로 퇴적된다. 여기서, 각 밴드 형태의 전극의 폭은 280 ㎛이고, 2 전극간의 간극은 20㎛이다. 이어서, SiO₂로 이루어진 전기 절연층 및 폴리이미드로 이루어진 배향층(양자 도시생략)을 밴드형상의 전극이 형성된 각 기판상에 형성하여 배향층의 표면에 대하여 나일론 섬유로 러빙 처리한다.

이어서, 2개의 기판(41a,41b) 간에 스페이서(49)를 산포하고, 밴드형 전극(42a,42b)이 서로 교차하도록 서로 대향하여 배열하여 이들 기판을 밀봉재(45)로 서로 붙임으로써 도6에 도시한 바와 같이 표시용 셀(40)을 제조했다. 이어서, 표시용 셀(40)의 한 쌍의 기판(41a,41b)간의 간극에 액정 영역 및 고분자 영역을 형성했다. 액정 영역 및 고분자 영역의 형성에는 표시용 셀(40)에 주입된 혼합재의 액정재 및 중합성 재료의 상분리를 이용한다. 이 액정재 및 중합성 재료는 각각 액정 영역 및 고분자 영역이 된다.

보다 특정하게, 액정재 및 중합성 재료의 혼합물이 표시용 셀(40)속으로 주입된다. 개구율이 약 87.1%이므로, 액정재와 중합성 재료의 혼합 비율이 87:13이 되도록 혼합물을 제조했다. 이어서, 이 혼합물을 기지의 방법에 의해 표시용 셀(40)속으로 주입했다. 이어서 액정재와 중합성 재료의 혼합물을 UV선 조사에 의해 상분리를 행했다.

실시예 6에서는 밴드형 전극(42a,42b)의 교차 부분이 픽셀 영역(46)이 된다. 이 픽셀 영역(46)에 대하여 위치 정합된 포토마스크를 셀(40)의 외부에 재공하고, 이 포토마스크를 통해 셀(40)상에 자외선을 조사한다. 이러한 과정동안에는, 광 중합성 액정재는 등방성 액체 상태일 수 있다. 상술한 바와 같이, 포토마스크를 사용하여 광의 강도를 선택적으로 변화시킴에 의해 혼합물내의 액정재 및 중합성 재료의 상분리가 행해져 결국, 픽셀 영역에 액정 영역을 그리고 픽셀 영역 이외의 영역에 고분자 영역을 배치할 수 있다. 이어서, 도7에 도시한 바와 같이, 상술한 바와 같이 제조된 표시용 셀(40)의 한 표면에 연속적으로 지연막(48) 및 편광판(141b)을 적층하고, 표시용 셀(40)의 다른 표면에 연속적으로 편광판(141a) 및 반사판(142)을 적층하여 액정 표시 소자(140a)를 얻는다. 여기서 사용된 지연막(48)으로서는 실시형태 1 내지 3에 개시된 구조를 가진 것 어느것이라도 사용될 수 있다. 또한, 필요한 경우에, 막 전체를 통해 일정한 지연량을 가진 지연막이 위치에 따라 다른 지연량을 갖는 지연막(48)과 함께 배치될 수 있다. 도 7에 도시한 구조를 가진 액정 표시 소자(140a)를 CIE(국제 조명 위원회)의 색 표준을 기초로 한 명도 L^*및 색도 a^*및 b^*를 측정한 바, L^*=45, a^*=3.0 및 b^*=3.2 였다. 도9는 상기 L^*, a^*및 b^*와 색조의 관계를 나타내고 있다. 도9에서 수평축은 적색 및 그 보색에 대응하는 색도 a^*를 나타내고, 수직축은 황색 및 그 보색에 대응하는 색도 b^*를 나타낸다. 명도 L^*는 도9에 도시한 양 좌표에 대하여 지면 수직 방향의 축에 대응한다.

액정소자(140a)의 콘트라스트를 측정한바 7이었다. 이 액정 소자(140a)는 후술할 비교예 1과 비교되었다. 밝기는 지연막을 본 실시예와 같이 위치에 따라 지연량을 달리한 구조로 한쪽이 밝게 되었다. 또, 액정 표시 소자(140a)가 정상 백색모드로 동작하는 경우에, 표시색은 무전압 인가시에는 백색 그리고 전압 인가시에는 흑색으로 되었다.

[실시예 7]

이 실시예에서는 각종의 지연막을 이용하여 실시예 6에 예시된 액정 표시 소자를 제조하는 방법과 유사한 방법에 의해 다수의 액정 소자를 제조했다.

이 실시예에서는, 액정 표시 소자의 지연막에 있어서, 지연량이 다른 제1영역과 제2영역간, 예를 들면 액정 영역에 대응하는 액정 표시 소자의 부분과 고분자 영역에 대응하는 부분간에서의 지연량의 차이는 소자간에 다르다. 이 액정 표시 소자를 CIE시스템의 L^*값에 대하여 밝기를 비교했다.

도11은 각 액정 표시 소자에 대하여 지연량이 다른 제1영역과 제2영역간에서의 지연량의 차와, CIE 색 표준에 기초한 명도 L^*값 간의 관계를 나타낸다. 도11로부터 알 수 있듯이 위치에 따라 지연량을 달리한 지연막을 사용하므로써, 비교예 1에서 얻어진 것보다 L*값이 크게되는 것은 제1, 제2의 영역간에서의 지연량의 차가 거의 90nm- 800nm의 범위내에 있을 때인 것을 알았다.

[실시예 8]

이어서, 실시형태 4의 액정 표시 소자의 변형 실시예의 특정 구조의 예에 대하여 실시예 8로 설명한다.

실시예 8에서는, 지연량이 위치에 따라 다른 지연막을 STN 액정재를 사용한 단순 매트릭스 형의 표시용 셀 내에 배치한 액정 표시 소자에 대하여 도6 및 도8을 참조로 설명한다.

도7에서와 동일한 도8의 도면 참조 번호는 실시예 6에서와 같은 부분을 표시한다. 실시예 8의 액정 표시 소자(140b)는 액정 셀(40a), 액정 셀(40a)을 샌드위칭하는 편광판(141a,141b) 및 반사판(142)을 포함한다. 705P 유리(코닝 사제)로 이루어진 한 쌍의 기판(41a,41b)으로 구성된 셀(40a)에서는, 실시형태 1 내지 3에 예시된 구조중 하나를 가진 지연막(48)을 적어도 액정층에 인접한 기판 중의 하나의 측면에 배치한다. 도8에서는 기판(41a) 상에 지연막(48)이 배치된다. 액정 소자(140b)는 실시예 6에서와 동일한 방식으로 제조된다. 보다 특정하게, 기판(41a,41b) 각각이 동일한 방식으로 형성된다. 이어서 적어도 기판(41a,41b)의 하나에 지연막(48)이 배치된다. 그후에, 실시예 6에서와 동일한 방식으로 액정 셀(40a)에 대한 어셈블링 공정이 행해진다.

이어서, 도8에 도시한 바와 같이, 액정 셀(40a)의 양측상에 편광판(141a,141b)이 형성되고, 편광판(141a) 측에 반사판(142)이 더 형성된다.

또한 실시예 8에서는, 필요한 경우에, 막 전체를 통해 일정한 지연량을 가진 지연막이 위치에 따라 지연량이 다른 지연막(48)과 함께 배치될 수 있다.

이 액정 표시 소자(140b)를 상술한 CIE의 L^*, a^*및 b^*를 측정한 바, L^*=46, a^*=2.9 및 b^*=3.3이었다. 이 액정 표시 소자(140b)의 콘트라스트는 8로 측정되었다. 또한, 실시예 8의 액정 표시 소자(140b)를 후술한 비교예 1의 액정 표시 소자와 비교할 때, 밝기는 이 실시예에서와 같이 위치에 따라 지연량이 변하는 구조를 가진 지연막에 대하여 크게 되었다. 액정 표시 소자(140b)가 정상 화이트 모드로 동작되는 경우에, 표시색은 무전압 인가시에는 백색으로 그리고 전압 인가시에는 흑색으로 되었다. 또한, 이 실시예에서 제조된 액정 표시 소자(140b)는 실시예 6의 소자(140a)와 비교할 때 시차가 없고 시인성이 높게 되었다.

[비교예 1]

이 비교예에서는, 표시용 셀 내에 액정 영역 및 고분자 영역을 갖도록 실시예 6과 유사하게 표시용 셀을 제조했다. 이어서, 막 전체를 통해 일정한 지연량을 가진 지연막을 표시용 셀의 외측면 상에 배치하고, 편광판을 표시용 셀의 양 측면에 제공하고, 반사판을 표시용 셀의 어느 한 측에 제공했다. 편광판은 백색에 가장 가까운 색이 무전압 인가시에 액정 영역에 표시되도록 배열했다.

이 비교예의 액정 표시 소자에서는, 고분자 영역이 대단히 진한 청색을 표시하고 있으므로 기판 전체가 청색으로 보였다. 패널 전체에 대하여 CIE의 L^*, a^*및 b^*를 측정한 바, L^*=38, a^*=-18 및 b^*=-23이었다. 이 소자의 콘트라스트는 5로 측정되었다. 이 비교예를 실시예 6 및 8과 비교한 바, a^*및 b^*의 수치 값은 청색으로 시프트되었다. 따라서 흑색 및 백색 표시와는 상당히 달라서 콘트라스트가 저하함을 알 수 있다.

[실시형태 5]

이어서, 본 발명의 실시형태 5에 따른 액정 표시 소자에 대하여 설명한다.

도10은 실시형태 5에 따른 액정 표시 소자를 나타내는 단면도이다. 본 실시형태의 액정 표시 소자는 단순 매트릭스형태이며, 이것을 구성하는 한 쌍의 기판(51a,51n)간에는 표시 매체층(59)을 구성한다. 표시 매체층(59)에는 액정재 및 중합성 재료의 상 분리에 의해 형성된 고분자 영역(53)과 액정 영역(54)이 형성된다. 액정 영역(54)은 도10에 도시한 바와 같이 고분자 영역(53)으로 둘러싸인다.

또한, 밴드 형태의 전극(52a,52b)에는, 도10에 도시한 바와 같이 다른 표면보다도 표시 매체층(59)에 더 가까운 기판(51a,51b)의 표면상에 소정의 간극이 제공된다. 기판(51a)상의 투명 전극(52a) 및 기판(51b)상에 형성된 투명 전극(52b)은 이 실시 형태에서는 서로 교차하는 상태이거나 혹은 직교하는 상태로 되어 있다.

기판(51a,51a) 각각상의 투명 전극과 표시 매체층(59)간에는 전기 절연층 및 배향층(양자 모두 도시생략)이 배향층을 절연층보다 표시 매체층(59)에 더 가깝게 배치하는 방식으로 형성된다. 또한, 기판(51a,51b )의 적어도 하나(도 10의 51b)는 기판(51b)의 본체(51)상에 형성된, 지연량을 고분자 영역(53)에 대응하는 영역 및 액정 영역(54)에 대응하는 영역에 대하여 달리한 중합성 액정층(55)을 포함한다. 이 실시 형태 5에서는, 중합성 액정층이 고분자 영역(53)에 대응하는 영역 및 액정 영역(54)에 대응하는 영역에서 지연량을 달리하도록 액정 영역(54)에 대응하여 배치된 레지스트 층(56)을 포함한다. 결국, 중합성 액정층(55)은 위치에 따라 두께가 다른 구조를 갖게 된다. 이어서, 상기와 같이 구성된 단순 매트릭스형 액정 표시 소자를 제조하는 방법에 대하여 설명한다.

먼저, 액정 영역(54)에 대응하도록 기판(51a,51b)의 적어도 하나의 본체(51)상에 선택적으로 레지스트 층(56)을 형성하고, 이어서, 이 층(55)의 표면이 편평하게 되도록 표면 전체에 중합성 액정층(55)을 형성한다. 이러한 방식에 의해 액정 영역(54) 및 고분자 영역(53)에 대응하는 영역에 대하여 지연량이 다른 중합성 액정층(55)이 얻어진다. 중합성 액정층(55)을 형성하는 방법에 대해서는, 상술한 바와 같이 위치에 따라 두께가 다른 구조로 하는 방법에 제한되지 않는다. 실시형태 2 및 3에 예시된 것과 같이 중합성 액정 분자의 틸트각을 위치에 따라 다르게 하는 방법이 사용될 수 있다. 상술한 바와 같이 지연량을 우치에 따라 다르게 한 중합성 액정층(55)을 포함하는 기판을 액정 셀(150)을 구성하는 한 쌍의 기판(51a,51b)의 적어도 하나(51b)으로서 사용한다.

상술한 중합성 액정층(55)은 다음과 같이 사용될 수 있다. 지연막을 형성하기 위해 상술한 셀 내에 지연막(중합성 액정층)을 형성한후, 밀봉재를 제거하고 상기 지연막을 그 사이에 샌드위칭하고 있는 한 쌍의 기판 중 적어도 하나를 제거한다. 기판강도 등과 관련된 문제가 없으면, 지연막 형성용 셀을 구성하는 양 기판을 떼어내고, 이어서 지연막 만을 지연막 형성용 셀로부터 꺼내 표시 액정 셀(150)을 구성 하는 한 쌍의 기판(51a,51b)의 적어도 하나로서 사용해도 좋다.

양기판(51a,51b)중 어느 하나가 상술한 방법에 제조된 중합성 액정층(55)을 포함하는 상기한 것인 경우에는 다른 기판은 유리, 플라스틱등의 기판을 사용한다. 이어서, 기판(51a,51b)의 표면에 각각, 예를 들면 스퍼터링에 의해 ITO 층을 2000Å 두께로 퇴적한다. ITO 층을 패터닝하므로써, 밴드 형상의 투명한 전극(52a,52b)이 기판(51a,51b)상에 각각 형성된다. 기판(51a,51b)용 재료로서는 기판 중 적어도 하나가 광을 투과시키는 투명재료로 되어 있으면 유리, 플라스틱 막등의 어떤 재료도 사용될 수 있다. 기판 중 하나가 투명하면, 다른 기판은 표면에 투명하지 않은 금속층 등을 설치한 것이라도 좋다.

이어서, 투명한 전극을 덮도록, 예를 들면 스퍼터링에 의해 기판 각각에 전기 절연층을 형성한다. 이어서 그 위에 배향층을 형성하고 배향층에 대하여 나일론 섬유 등으로 러빙처리 한다. 상기한 전기 절연층 및 배향층을 필요하지 않은 경우에는 형성하지 않아도 된다.

이들 기판(51a,51b)들은 투명 전극(52a,52b)이 서로 교차하도록 서로 대향하여 배치된다. 이어서, 도10에 도시한 바와 같이, 양 기판 사이에 스페이서(58)를 산포하고, 기판(51a,51b)의 에지를 밀봉재(57)에 의해 서로 붙여서 표시용 셀(150)을 제조한다.

이어서 표시 매체층(59)을 형성하는 혼합된 재료를 상술한 바와 같이 얻어진 표시용 셀(150)의 기판(51a,51b)간의 간극에 주입 구멍(도시 생략)을 통해 주입한다. 여기서는 적어도 액정재 및 중합성 재료를 포함하는 혼합재가 주입된다. 액정재 및 중합성 재료의 혼합물을 상분리하여 각각 액정 영역(54)과 고분자 영역(53)을 각각 형성한다. 혼합된 재료의 액정 재료로서는 TN모드, STN 모드, ECB모드, 강유전성 액정 표시 모드, 광 산란 모드 등 액정 표시 소자에 사용되는 종래의 액정 재료이면 어느것도 사용될 수 있다. 예를 들면, 카이럴 제S-811을 3% 첨가한 ZLI-4427(Merck 사제)등의 STN 액정 재료가 사용될 수 있다.

중합성 재료로서는, 이소보닐메타크릴레이트, P-페니스틸렌(양자모두 NIPPON KAYAKU 사제)등, 광 조사에 의해 중합되고 경화되는 것이라면 어떤 재료도 사용될 수 있다. 또 중합성 재료는 단독 또는 결합 사용될 수 있다. 또한, 혼합재료는 중합 개시제를 포함할 수 있다. 중합 개시제로서는 Irgacure 651(Ciba Geigy 사제)가 사용될 수 있다. 표시용 셀(150)의 주입 구멍은 수지등으로 밀봉된다. 그러나, UV 경화성 수지가 주입구멍을 밀봉하는데 사용될 경우 주입구멍의 밀봉 공정 동안 액정 영역(54)이 배열된 표시를 행하는 표시부에 UV 광이 입사하지 않도록 UV광을 조사하는 것이 필요하다. 또한, 주입구멍의 밀봉수지로서, UV광의 조사없이 경화될 수 있는 2성분 경화성 수지나 공기와 접촉할 때 경화되는 순간 접촉제를 사용하는 것이 효과적이다.

이어서, 혼합재료의 상분리를 실현하기 위해 액정 셀(150)의 외부로부터 혼합재에 UV 광 등을 조사한다. UV 광의 조사동안 광이 입사된 기판은 광 투과량 등의 에너지 강도가 다른 영역에서보다 액정 영역(54)에서 적도록 처리된다. 보다 특정하게 UV 광이 조사된 경우에는 광 투과량의 분포가, 예를 들면 포토마스크에 의해 차광하거나, ITO 등의 금속층, 무기층 또는 유기층등에 의해 UV 광을 흡광하므로써 선택적으로 발생된다. 광원으로서는 평행한 UV 광을 조사하기 위한 고압 수은 아크램프가 사용될 수 있다. 조사위치는 선택될 수 있다. 예를 들면, 조사는 기판 표면상에서의 조사강도가 10 mw/㎠이 되는 그러한 위치에서 행해진다.

에너지 강도 분포를 선택적으로 발생시키므로써, 액정 재료와 중합성 재료의 혼합된 재료가 상분리 된다. 액정 분자의 배향을 안정화시키기 위해 기판 온도를 고온으로하여 자외선 조사를 행한 경우에는 냉각 오븐의 내부에서 실온 혹은 저온(0℃ 혹은 그 이하)까지 서서히 냉각시키는 것이 좋다. 또한 상 분리후, 고분자의 가교도 향상시키기 위해 실온 혹은 저온(0℃)에서 자외선 등의 에너지를 더 공급할 수 있다.

이와는 다르게, 액정 셀(150)은 다음의 방법으로 형성될 수 있다. 먼저, 레지스트 혹은 감광성 수지를 사용한 포토리쏘그라피 처리에 의해 레지스트 층으로 이루어진 벽을 기판(52a,52b)중 하나의 비전극 영역(전극형성 이외의 영역)에 형성한다. 여기서, 레지스트 재료로서는, OFPR-800(동경응화 사제)가 사용될 수 있다. 또한, 도10에 도시한 바와 같이. 카이럴제 S-811을 3% 첨가한 ZLI-4427(Merck 사제) 등의 상기 액정을 기판(51a,51b)중 하나의 표면에 적하(drop)한다. 이어서, 한쪽의 기판상의 전극이 다른쪽 기판상의 전극과 교차하도록 밀봉재(57)에 의해 서로 붙여진다. 필요한 경우에는 기판들 간에 스페이서(58)가 산포된다. 결국, 액정 영역(54)과 고분자 영역(53)이 임의 위치에서 선택적으로 형성된 표시 매체층(59)이 2기판(51a,51b)간에 형성된다. 여기서는 액정 영역(54)은 픽셀 영역으로 배치되고 고분자 영역(53)은 비 픽셀 영역으로 배치된다.

ITO 밴드형 전극 형성 공정후의 막 두께 및 전극 폭 등의 특정한 수치 값 등에 대해서는 실시예 6에 예시한 것과 동일하게 설정되었다. 도10에 도시한 구조를 가진 액정 셀(150)이 제조되었다. 제조된 액정 셀(150)을 포함하는 액정 소자에 대하여 CIE의 L^*a^*및 b^*를 측정한 바 L^*=47, a^*=2.8 및 b^*=3.0이었다. 이 소자의 콘트라스트는 8로 측정되었다. 비교예 1의 것과 비교한 바, 위치에 따라 지연량을 달리한 중합성 액정층(55)을 포함한 소자가 더 밝은 것으로 밝혀졌다. 또한 액정 셀(150)이 정상 화이트 모드에서 사용되도록 액정 셀(150)의 양측에 편광판을 배치 한 경우에, 백색은 무전압 인가시에 표시되고, 혹은 전압인가시에 표시된다.

또한, 실시형태5에 따른 액정 표시 소자의 임계 전압 값은 비교예 1에서 제조된 소자의 것과 거의 동일하며 실시예 8의 소자보다는 0.1V 낮다. 그 이유는, 실시예 8의 액정 표시 소자에서는 지연막으로서의 중합성 액정층이 밴드형 전극과 표시 매체층 간에 존재하기 때문이다. 그러나, 실시형태 5 및 비교예 1의 액정 표시 소자에서는 중합성 액정층이 밴드형 전극과 액정 영역 사이에 존재하지 않는다. 실시 형태 5에서와 같이, 기판(51b) 내에 절연층으로서도 기능할 수 있는 중합성 액정층(55)을 가짐으로써 임계 전압의 증가가 방지될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면 지연막이 위치에 따라 두께가 다른 구조를 하고 있으므로, 지연량이 다른 영역이 막 내에 용이하게 형성될 수 있다. 이러한 지연막이 광학적으로 등방성 및 이방성 상태의 영역이 공존하는 액정 셀과 함께 사용되는 경우 하나의 지연막에 의해 색조를 조정하는 것이 가능하다. 또한, 그 표면을 요철 구성으로 가공한 한 쌍의 기판 사이에 중합성 액정 재료를 끼워서 이 중합성 액정 재료를 중합화 함으로써 부분적으로 두께가 다른 지연막을 용이하게 형성 할 수 있다.

기판의 표면은 액정 레지스트 재료 혹은 건조막을 사용함에 의해 요철성을 갖도록 가공될 수 있다. 액정 레지스트 재료의 경우에, 요철성은 도포, 노광, 및 현상 처리에 의해 기판의 표면상에 형성된다. 이로써 중합성 액정 재료로 이루어지되 요철 부분이 있는 지연막을 용이하게 제조하는 것이 가능하다. 다른 경우로써 건조막을 사용하는 경우에, 기판(프라스틱 막)에 대하여 연속적으로 건조막을 접착할 수 있어서, 효과적으로 기판위에 요철 부분을 형성할 수 있다. 그 결과, 생산성이 뛰어난 지연막 제조 방법을 제공할 수 있다. 이와 달리, 본 발명에 따르면, 지연막을 구성하는 액정 분자의 틸트각을 위치에 따라 다르게한 중합성 액정 재료로 지연막을 형성한다. 따라서, 상광선과 이상광선 간에 생기는 지연량이 다른 영역을 단일의 지연막 내에 용이하게 형성할 수 있다. 또, 제1 및 제2영역 간에 생기는 지연량의 차를 거의 90 nm 내지 800 nm로 설정함으로써, 가시광의 색조를 보정할 수 있다. 따라서, 이러한 지연막을 액정 표시 소자등의 광학 표시 소자에 적용하면 표시부의 색조 보정에 극히 유효한 효과가 있다.

중합성 액정 분자의 틸트각이 위치에 따라 가변되는 상술한 지연막은 중합성 액정재료를 표면에 선택적으로 유기 분자층이 형성된 기판간에 점착하여 중합성 액정 재료를 중합하므로써 제조된다. 이와 같이, 중합성 액정 분자의 틸트각은 기판의 유기분자층이 형성되어 있는 영역 및 유기분자층이 형성되어 있지 않은 영역에서 가변될 수 있다. 이로써, 지연막 내에서 지연량이 다른 영역을 마이크로 메터 정도로 발생시키는 것이 가능하다.

또, 종래의 지연막에서와 같이 포토크로믹 분자를 사용할 때에는, 포토크로믹 분자의 구조적 이성화(異性化) 및 중합성 액정 분자의 중합 반응이 대단히 가까운 파장 영역에서의 광 지연에 의해 발생되므로, 중합성 액정 분자의 틸트각이 다른 영역을 형성하는 것이 지극히 어렵다. 그러나, 본 발명에 따르면, 유기분자층을 사용하므로써, 중합성 액정 재료를, 그 액정 분자의 틸트각을 소망의 각도로 설정한 상태에서 중합할 수 있으므로, 위치에 따라 지연량을 달리한 지연막을 용이하게 제조할 수 있다. 본 발명에 따르면, 위치에 따라 지연량이 다른 지연막을 표시 영역내에서 광학적으로 등방성 상태에 있는 고분자 영역 및 액정 영역을 포함하는 액정 표시 소자에 적용한다. 따라서, 색조가 액정 영역 및 고분자 영역에 대하여 분리 보정될 수 있어서, 밝은 액정 표시 소자를 제조하는 것이 가능하게 된다.

또한, 단일 지연막에 의해 지연량이 다른 복수의 색조를 보정하는 것이 가능하므로, 생산성이 우수하고, 이 막은 공업적으로도 유용하다. 또한, 액정 표시 소자의 액정 셀을 구성하는 한 쌍의 기판간에 지연막을 배치함으로써 액정 셀의 외부에 지연막이 배치될 때 발생하는 시차가 감소되어 시인성이 우수한 액정 표시 소자를 제조할 수 있다.

이와 달리, 본 발명의 액정 표시 소자에서는, 표시 매체층과 함께 액정 셀을 구성하는 한 쌍의 기판 중 적어도 하나에 액정 영역에 대응하는 영역 및 고분자 영역에 대응하는 영역에 대하여 지연량을 다르게 했으므로, 지연막을 분리 제공할 필요 없이 셀을 구성하는 상기 기판에 의해 액정 영역 및 고분자 영역의 색조를 보상할 수있다. 또한, 상기한 기판은 표시 매체층에 대한 전압 인가용의 전극의 대향측에 중합성 액정층이 배치되도록 기판의 본체에 형성된 중합성 액정층을 포함한다. 따라서, 표시매체층의 액정 영역에 효과적으로 전압을 인가할 수 있으므로, 액정 표시 소자의 전력 소비가 감소된다. 또한, 상기 기판은 액정 영역에 대응하는 영역이 고분자 영역에 대응하는 영역과 지연량이 다르다. 따라서, 기판내에 지연량이 다른 영역을 용이하게 제조할 수 있고, 액정 영역 및 고분자 영역의 색조 보정을 용이하게 행할 수 있는 기판을 제조할 수 있다.

본 기술 분야에 숙련된 자에 의해서는 본 발명의 영역 및 정신을 벗어남이 없이 각종의 다른 변형 실시예가 용이 실시될 수 있음은 자명하다. 따라서, 본 명세서에 첨부된 특허 청구의 범위 영역은 제안된 설명에 제한되지 않고, 보다 광의적으로 해석되어야 한다.

Claims

중합된 액정 재료로 만들어진 지연막에 있어서, 제1편평표면 패턴을 구비한 제1영역, 및 제2편평 표면 패턴을 구비한 제2영역을 포함하고, 제1영역의 두께와 제2영역의 두께가 달라서 제1영역과 제2영역에서의 지연량들이 서로 다르게 되는 중합된 액정 재료로 만들어진 지연막.
제1항에 있어서, 상기 제1영역과 제2영역 사이의 지연차는 약 90nm에서 800nm까지의 값이 되는 중합된 액정 재료로 만들어진 지연막.
지연막을 제조하는 방법에 있어서, 그 사이에 갭을 형성하기 위해 서로 마주보는 한 쌍의 기판들을 배치하는 단계, 중합성 액정 재료로 갭을 채우는 단계, 및 상기 중합성 액정 재료를 중합하는 단계를 포함하고, 기판 중 최소한 하나는 그 위에 오목부와 볼록부 중 최소한 하나를 포함하는 편평 표면 패턴이 형성된 표면을 가지며, 상기 기판들은 중합성 액정 재료가 채워졌을 때 상기 편평 표면 패턴을 구비한 표면이 상기 중합성 액정 재료와 접촉되어 상기 편평 표면 패턴에 상응하는 패턴이 상기 중합된 액정 재료 위에 형성되도록 배치된 지연막을 제조하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 기판을 배치하는 단계 전에 레지스트 재료를 사용하여 기판중 최소한 하나의 표면 위에 상기 편평 표면 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 지연막을 제조하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 기판을 배치하는 단계 전에 포토리쏘그래피에 의해 패턴화 가능한 건조막을 사용하여 기판 중 최소한 하나의 표면 위에 상기 편평 표면 패턴을 형성하는 단계를 더 포함하는 지연막을 제조하는 방법.
중합된 액정 재료로 형성된 지연막에 있어서, 제1편평표면 패턴을 구비한 제1 역역, 및 제2편평 표면 패턴을 구비한 제2영역을 포함하고, 상기 중합된 액정 재료의 제1영역의 액정 분자의 틸트각과 상기 제2영역의 액정 분자의 틸트각이 달라서 제1영역과 제2영역에서의 지연량들이 서로 다르게 되는 지연막.
제6항에 있어서, 상기 제1영역과 제2영역 사이의 지연차는 약 90nm에서 800nm사이의 값이 되는 지연막.
지연막을 제조하는 방법에 있어서, 그 사이에 갭을 형성하기 위해 서로 마주보는 한 쌍의 기판을 배치하는 단계, 중합성 액정 재료로 갭을 채우는 단계, 및 상기 중합성 액정 재료를 중합하는 단계를 포함하고, 상기 기판을 배치하는 단계 전에, 실란 결합제 및 티올(thiol)기 또는 이황화물(disulfide)본드를 구비한 유기 분자 중 어느 하나에 의해 만들어진 박막이 기판 중 최소한 하나의 표면 위에 선택적으로 형성되고, 상기 기판들은, 상기 중합성 액정 재료가 채워졌을 때 상기 박막을 구비한 표면이 상기 중합성 액정 재료와 접촉하여 중합된 액정 재료의 액정 분자의 틸트각이 상기 박막이 존재하는 영역에 상응하는 영역과 상기 박막이 존재하지 않는 영역에 상응하는 영역 사이에서 서로 다르게 되는 지연막을 제조하는 방법.
표시 영역을 구비한 액정 표시 소자에 있어서, 서로 마주보도록 배치된 한 쌍의 기판, 상기 한 쌍의 기판 사이에 삽입된 액정 재료를 포함하되 상기 표시 영역에 배치된 액정 영역, 광투과성 중합체로 만들어지고 상기 표시 영역에 가해지는 기계적 외력에 견딜수 있도록 상기 한 쌍의 기판 사이에 배치된 보강 부재, 및 중합된 액정 재료로 만들어지고 기판 중 최소한 하나를 따라 배치되며, 그 지연량들이 서로 다른 제1영역및 제2영역을 포함하는 지연막을 포함하되, 상기 제1영역및 제2영역은 각각 상기 액정 영역과 보강 부재에 상응하는 표시 영역을 구비한 액정 표시 소자.
제9항에 있어서, 상기 지연막의 제1영역의 두께는 상기 제2영역의 두께와 다른 액정 표시 소자.
제10항에 있어서, 상기 지연막을 상기 한 쌍의 기판 사이에 배치한 액정 표시 소자.
제9항에 있어서, 상기 제1영역의 중합된 액정 분자의 틸트각은 상기 제2영역의 틸트각과 다른 액정 표시 소자.
제12항에 있어서, 상기 지연막을 한 쌍의 기판 사이에 배치한 액정 표시 소자.
표시 영역을 구비한 액정 표시 소자에 있어서, 서로 마주보도록 배치된 한 쌍의 기판, 표시 영역에 배치되고 상기 한 쌍의 기판 사이에 삽입된 액정 재료를 포함하는 액정 영역, 및 광 투과성 고분자로 만들어지고 상기 표시 영역에 가해지는 기계적 외력에 견딜수 있도록 한 쌍의 기판 사이에 배치된 보강 부재를 포함하고, 상기 한 쌍의 기판 중 최소한 하나는 지연량 서로 다른 제1영역및 제2영역을 포함하고, 상기 제1영역및 제2 영역은 각각 액정 영역과 보강 부재에 상응하는 표시 영역를 구비한 액정 표시 소자.
제14항에 있어서, 상기 한 쌍의 기판 중 최소한 하나는 상기 제1영역및 제2영역에서 서로 다른 두께를 갖는 중합된 액정층을 갖는 액정 표시 소자.
제14항에 있어서, 상기 한 쌍의 기판 중 최소한 하나는 중합된 액정 층을 갖고, 상기 제1영역의 액정 분자의 틸트각은 제2영역의 틸트각과 서로 다른 액정 표시 소자.