KR100252802B1 - 액정 디스플레이 디바이스 - Google Patents

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KR100252802B1
KR100252802B1 KR1019960071481A KR19960071481A KR100252802B1 KR 100252802 B1 KR100252802 B1 KR 100252802B1 KR 1019960071481 A KR1019960071481 A KR 1019960071481A KR 19960071481 A KR19960071481 A KR 19960071481A KR 100252802 B1 KR100252802 B1 KR 100252802B1
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liquid crystal
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노부아끼 야마다
스이찌 고자끼
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마찌다 가쯔히꼬
샤프 가부시키가이샤
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Abstract

디스플레이 매체가 그 사이에 삽입되어 있는 한쌍의 기판을 갖는 액정 디스플레이 디바이스는 서로 교차하도록 한쌍의 기판 중 한 기판 상에 제공된 다수의 스캐닝 라인 및 다수의 데이타 라인; 각각이 스캐닝 라인 중 한 라인 및 데이타 라인 중 한 라인과 접속되는 다수의 스위칭 소자; 다수의 스캐닝 라인, 다수의 데이타 라인 및 다수의 스위칭 소자를 덮도록 제공된 절연층; 절연층 상에 제공되며, 각각이 최소한 하나의 스캐닝 라인 및 최소한 하나의 데이타 라인과 부분적으로 겹치는 다수의 화소 전극; 및 절연층 내에 형성되며, 자신의 각각을 통해서 각각의 스위칭 소자의 출력 단자와 각각의 화소 전극이 접속되는 다수의 접촉홀을 포함한다. 디스플레이 매체는 액정 물질을 함유하며, 액정 물질의 액정 분자는 한쌍의 기판 중 최소한 하나의 기판 상에서 최소한 2방향으로 배향된다.

Description

액정 디스플레이 디바이스
제1a도는 본 발명에 따른 액정 디스플레이 디바이스에 사용된 예시적 액티브 매트릭스 기판을 도시하는 평면도.
제1b도는 제1a도의 라인 A-A'를 따라 취해진 단면도.
제2도는 제1도에 도시된 액티브 매트릭스 기판의 표면을 도시하는 평면도.
제3도는 본 발명에 따른 액정 디스플레이 디바이스에 사용된 다른 타입의 액티브 매트릭스 기판을 도시하는 단면도.
제4a도는 구형 오목 구조를 갖는 액티브 매트릭스 기판을 도시하는 단면도.
제4b도는 스텝 구조를 갖는 액티브 매트릭스 기판을 도시하는 단면도.
제5a도는 레지스트 벽을 갖는 기판을 포함하는 셀의 구조를 도시하는 개략적인 단면도.
제5b도는 레지스트 벽을 갖는 기판을 도시하는 평면도.
제6도는 스페이서가 스캐터된 액티브 매트릭스 기판을 도시하는 평면도.
제7도는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스에 사용된 액티브 매트릭스 기판을 도시하는 평면도.
제8도는 본 발명의 제1실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스에 사용된 액티브 매트릭스 기판을 도시하는 단면도.
제9도는 편광 현미경으로 관찰된 셀들을 도시하는 평면도.
제10a도는 제1실시예에 따른 ASM 액정 디스플레이 디바이스의 시야각 특성을 도시하는 아이소-콘트래스트 도면.
제10b도는 셀과 편광판들의 축들의 방향들과의 관계를 도시하는 개략도.
제11도는 제2실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스에 사용된 액티브 매트릭스 기판을 도시하는 평면도.
제12도는 제4실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스에 사용된 액티브 매트릭스 기판을 도시하는 단면도.
제13a도는 비교예 1 및 2에 따른 TN 액정 디스플레이 디바이스의 시야각 특성을 도시하는 아이소-콘트래스트 도면.
제13b도는 비교예 1 및 2에 따른 셀과 편광판들의 축들의 방향들 간의 관계를 도시하는 개략도.
제14도는 비교예 2에 따른 액티브 매트릭스 기판을 도시하는 평면도.
제15a도는 초기 배향 상태 하에서 프리틸트 각이 제공된 종래의 액정 디스플레이 디바이스의 셀의 액정 분자들을 도시하는 단면도.
제15b도는 전압 인가시에 종래의 액정 디스플레이 디바이스의 셀 내의 액정 분자들을 도시하는 단면도.
제15c도는 포화 전압 인가 시에 종래의 액정 디스플레이 디바이스의 셀을 도시하는 단면도.
제15d도는 다른 종래 액정 디스플레이 디바이스의 셀을 도시하는 단면도.
제15e도는 전압 인가 시에 종래의 액정 디스플레이 디바이스의 셀 내의 액정분자들을 도시하는 단면도.
제15f도는 포화 전압 인가 시에 종래의 액정 디스플레이 디바이스의 셀을 도시하는 단면도.
제16도는 기판 상에 형성된 구정(spherulites)을 따라 축-대칭 방식으로 배향된 액정 분자들을 도시하는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 기판 2 : 게이트 버스 라인
3 : 소스 버스 라인 4 : 박막 트랜지스터
2a : 게이트 전극 3a : 소스 전극
4a : 드레인 전극 5 : 게이트 전극
6 : 부가 커패시턴스 라인 7 : 층간 절연막
8 : 접촉홀 9 : 화소전극
20 : 오목부 21 : 레지스트 벽
22 : 스페이서 22a : 필라형 스페이서
23 : 제2절연층
[발명의 목적]
[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]
본 발명은 예를 들어, 많은 사람들이 보는 휴대용 정보 단말 장치, 퍼스널 컴퓨터, 워드 프로세서, 오락 설비, 및 텔레비젼들에 내장되는 평면 디스플레이, 셔터 효과를 사용하는 디스플레이 보드, 및 창, 문 또는 벽에 제공되는 디스플레이 디바이스에 사용될 수 있는 광 시야각을 가진 액정 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.
종래의 액정 디스플레이 디바이스는 한 쌍의 기판과 그 사이에 삽입된 액정층을 포함한다고 알려져 있다. 한쌍의 기판 중에 한 기판 상에는 스캐닝 라인, 데이터 라인, 스위칭 소자 및 화소 전극들이 제공된다. 스캐닝 라인 및 데이터 라인이 서로 교차하도록 제공된다. 스위칭 소자들 각각은 각각의 스캐닝 라인 및 데이터 라인과 접속되도록 제공된다. 화소 전극들 각각은 각 스위칭 소자에 접속되도록 스캐닝 라인 및 데이터 라인에 의해 에워쌓인 각 정방형 영역에 제공된다.
그러한 액정 디스플레이 디바이스에서, 각 화소 전극은 교차하는 스캐닝 라인 및 데이터 라인과 접촉하지 않고 각 정방형 영역에 제공될 필요가 있다. 따라서, 각 화소 전극은 그 주변이 스캐닝 라인 및 데이터 라인에서 분리되도록 형성된다. 그 결과, 화소 전극이 소형으로 제조되고, 개구율이 낮아진다.
높은 개구율을 제공할 수 있는 액정 디스플레이 디바이스가 제안되었다(일본 특개평 제4-120516호). 상기 언급된 공보에 설명된 액정 디스플레이 디바이스는 한쌍의 기판, 그 사이에 삽입된 액정 디스플레이층, 한쌍의 기판 중 한 기판 상에서 교차 방식으로 제공되는 스캐닝 라인 및 데이터 라인, 및 스캐닝 라인 및 데이터 라인과 접속되어 제공되는 스위칭 소자를 포함한다. 화소 전극은 스캐닝 라인, 데이터 라인, 및 스위칭 소자를 피복하는 절연층 상에 제공된다. 각 화소 전극은 절연층 내에 형성된 접촉홀을 통해서 각 스위칭 소자의 출력 단자에 접속된다.
그러한 액정 디스플레이 디바이스에서, 스캐닝 라인 및 데이터 라인은 화소 전극들과는 다른 레벨 상에 제공된다. 따라서, 화소 전극들이 스캐닝 라인 및 데이터 라인들 상에 오버레이되는 경우에도, 화소 전극들이 스캐닝 라인 및 데이터 라인들과 단락되는 것이 방지된다. 따라서, 화소 전극들이 화소 전극들, 스캐닝 라인, 및 데이터 라인들이 보편적으로 동일한 레벨 상에 일반적으로 제공되는 액정 디스플레이 디바이스의 것보다 더욱 크게 제조될 수 있다. 또한, 각 화소 전극과 각 스캐닝 라인 및 데이터 라인들 간의 수평 방향에서 발생하는 전기장이 최소화될 수 있으며, 이에 의해 불량한 배향을 억제한다.
비록 이러한 액정 디스플레이 디바이스는 높은 개구율을 획득할 수 있지만, TN(twisted nematic) 모드를 사용함으로 인해 시야각 특성이 열악해지는 문제는 여전히 남게된다. 이것은 다음과 같은 이유로 그러하다.
종래에는, 네마틱 액정 물질을 사용하는 TN 또는 STN(super twisted nematic) 액정 디스플레이 디바이스가 전기-광학 효과를 사용하는 디스플레이 디바이스로서 실용화되어 있다. 그러한, 액정 디스플레이 디바이스는 배향층 뿐만 아니라 편광판을 필요로 한다. 그러한 액정 디바이스에서, 액정 분자는 다음과 같이 작용한다. 제15a도에 도시된 바와 같이, 액정 분자들에 초기 배향 상태 하에서(즉, 전압이 인가되지 않은 상태) 프리틸트각이 제공된다. 제15b도에 도시된 바와 같이, 전압 인가시에 액정 분자들은 동일한 방향으로 상승한다(동일한 방향으로 회전한다). 이러한 상태 하에서, 액정 디바이스의 투과율은 여러 시각 방향에 대하여 변화한다. 예를 들어, 화살표 A 및 B로(이하, "방향 A 및 B"로 약칭) 표시된 방향에서 볼 때 투과율이 다르다. 더우기, 그레이 스케일 레벨에서, 반전 현상(inversion)과 같은, 디스플레이 품질을 현저하게 열화시키는 현상이 시각에 따라 발생할 수 있다. 포화전압의 인가시에서의 액정 디스플레이 디바이스의 셀이 제15c도에 도시되어 있다.
액정 디스플레이 디바이스의 좁은 시각 특성으로 인해 발생하는 반전 현상을 최소화하기 위해, 다음의 5가지 타입의 넓은 시야각 특성을 갖는 액정 디스플레이 장치가 제안되었다.
제1의 액정 디스플레이 장치는 편광축이 서로 직교하도록 배치되고, 그 사이에 폴리머-분산된 액정 디바이스가 샌드위치된 2ㄱ대의 편광판을 포함한다(일본 특개평 제4-338923호 및 일본 특개평 제4-212928호). 비록 상기 액정 디스플레이 장치가 그 시야각 특성을 향상시키는데 있어서 대단한 효과를 나타내지만, 상기 액정 디스플레이 장치는 기본적으로 산란에 의한 탈편광(depolarization)을 사용하며 따라서 밝기가 전형적인 TN 액정 디스플레이 장치의 밝기의 반 정도이기 때문에 실용면에 있어서의 장점이 적다.
제2의 액정 디스플레이 장치는 시각 특성을 향상시키기 위한 랜덤 액정 도메인(random liquid crystal display)을 포함한다. 그러한 랜덤 액정 도메인은 예를 들어, 폴리머 벽(polymer wall) 또는 돌기물(protrusion)에 의해 액정 분자들의 배향을 교란시킴으로써 획득된다(일본 특개평 제5-27242호). 상기 액정 디스플레이 장치는 랜덤 액정 도메인을 포함하기 때문에, 폴리머 물질은 화소 영역 위로 확산한다. 각 화소 영역은 각 화소 전극과 화소 전극에 상응하는 카운터 전극의 영역을 포함하며, 각 화소 전극과 화소 전극에 상응하는 카운터 전극의 영역 사이에 한정된다. 더우기, 액정 도메인들 사이의 디스클리네이션 라인(disclination line)들이 랜덤하게 발생되며 그러한 디스클리네이션 라인들은 전압을 인가하더라도 소멸되지 않는다. 결국, 제2의 액정 디스플레이 장치는 전압이 인가되지 않은 경우에는 광 투과율이 낮고 전압 인가시에는 블랙 레베이 낮기 때문에 콘트래스트가 낮다.
제3의 액정 디스플레이 장치는 각 화소 영역 내의 액정 분자들이 폴리머 벽내에서 축-대칭 방식으로 배향되기 때문에(일본 특개평 제6-301015호 및 일본 특개평 제7-120728호), 또는 액정 분자들이 화소 영역들을 배향 처리함으로써 상부 기판과 하부 기판 사이에 동심원 또는 방사상으로 배향되기 때문에(일본 특개평 제6-324337호 및 일본 특개평 제6-265902호) 현저하게 향상된 시각 특성을 갖는다. 제15d도에 도시된 바와 같이, 상기 액정 디스플레이 장치는 한쌍의 기판(101)(102) 및 폴리머 벽(107)에 의해 에워싸인 액정 영역(108) 내의 액정 분자(109)를 포함한다. 이 액정 분자(109)는 폴리머 벽(107)에 의해 축-대칭 방식으로 배향되며, 초기 배향 상태 하에서 프리 틸트각이 주어진다. 제15d에서, 참조 번호(110)은 디스클리네이션(disclination) 라인을 표시한다. 제15e도에 도시된 바와 같이, 전압 인가 시에, 액정 분자(109)는 동일한 방향으로 상승한다(동일한 방향으로 회전한다). 이러한 상태 하에서, 방향 A 및 B 어느쪽에서도 일반적으로 균일한 투과율이 획득된다. 포화 전압 인가 시의 액정 디스플레이 디바이스의 셀이 제15f도에 도시되어 있다.
그러나, 전자의 액정 디스플레이 디바이스는 프리 틸트각 및 프리 틸트 방향을 제어하는 데 있어 어려움이 있다. 다른 한편으로, 후자의 액정 디스플레이 디바이스는 대량 생산의 견지에서 화소 영역 각각에 대하여 동심원 또는 방사상 배향 처리를 행하는데 어려움이 있다.
제4의 액정 디스플레이 장치는 구정(球晶)(spherulites)을 갖는 결정 폴리머로 만들어진 배향막을 포함한다. 구정은 다수의 결정이 한점으로부터 방사상으로 배열된 구형의 다결정이다. 액정 분자들은 구정을 따라 방사상으로 배열되며, 이에 의해 시각 특성을 향상시킨다(일본 특개평 제6-308496호).
제5의 액정 디스플레이 장치는 러빙(rubbing) 같은 어떠한 배향 처리도 하지 않고 기판들 상에 배향막들을 피복시킴으로써 랜덤하게 배향된 액정 분자들을 포함한다(일본 특개평 제6-194655호). 그러한 액정 디스플레이 장치에 전압이 인가될 시에, 디스클리네이션 라인들이 반전 틸트로 인해 액정 도메인 사이에 발생되어, 이에 의해 결과적으로 콘트래스트를 저하시킨다.
상술된 시야각이 넓은 액정 디스플레이 장치는 편광판의 편광축 및 배향축이 서로에 대하여 정렬하지 않는 영역을 갖는다. 그 결과, 그러한 액정 디스플레이 장치의 투과율을 종래의 TN 액정 디스플레이 장치에 비해 적어도 약 10% 정도 감소된다. 일본 특개평 제6-301015호에 개시된 축-대칭 배향 마이크로셀 모드(이하, "ASM" 모드라고 약칭)의 액정 디스플레이 디바이스의 경우에 있어서, 반복성이 높은 축-대칭 배향을 실현하기 위해 폴리머로 만들어진 격자형 벽이 화소 전극 외부에 제공될 필요가 있다. 또한, 축-대칭 배향축들의 위치를 정확하게 제어하기 위해서 컬러 필터가 제공된 카운터 기판에 볼록부가 형성될 필요가 있다. 따라서, 액정 디스플레이 장치를 제작하는 단계의 수가 증가한다. 더우기, 셀의 두께를 균일하게 유지하기 위해 사용되는 스페이서들이 화소 영역들에 분산되는 경우, 축-대칭 배향이 금지된다. 이것을 고려하면, 스페이서는 화소 영역들 외부에 고정될 필요가 있다.
[발명이 이루고자 하는 기술적 과제]
디스플레이 매체가 그 사이에 삽입되어 있는 한쌍의 기판을 갖는 액정 디스플레이 디바이스는 서로 교차하도록 한쌍의 기판 중 한 기판 상에 제공된 다수의 스캐닝 라인 및 다수의 데이타 라인; 각각이 스캐닝 라인 중 한 라인 및 데이타 라인 중 한 라인과 접속되는 다수의 스위칭 소자; 다수의 스캐닝 라인, 다수의 데이타 라인 및 다수의 스위칭 소자를 덮도록 제공된 절연층; 절연층 상에 제공되며, 각각이 최소한 하나의 스캐닝 라인 및 최소한 하나의 데이타 라인과 부분적으로 겹치는 다수의 화소 전극; 및 절연층 내에 형성되며, 자신의 각각을 통해서 각각의 스위칭 소자의 출력 단자와 각각의 화소 전극이 접속되는 다수의 접촉홀을 포함한다. 디스플레이 매체는 액정 물질을 함유하며, 액정 물질의 액정 분자는 한쌍의 기판 중 최소한 하나의 기판 상에서 최소한 2방향으로 배향된다.
본 발명의 한 실시예에서, 액정 분자는 한쌍의 기판의 표면에 수직인 축에 대해 축대칭 배향 상태로 배향된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 액정 분자는 한쌍의 기판 사이에서 약 90°만큼 트위스트된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 각각의 화소 전극 위에 최소한 하나의 액정 영역이 존재하고, 액정 영역은 축대칭 방식으로 배향된 액정 분자를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에서, 최소한 하나의 액정 영역은 주로 폴리머 물질로 만들어진 영역에 의해 둘러싸인다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 액정 디스플레이 디바이스는 각각의 화소 전극의 중심에 대응하는 절연층의 일부 내에 형성된 오목부를 더 포함하고, 이에 의해 축대칭 배향축의 위치가 제어된다,
본 발명의 다른 실시예에서, 각각의 화소 전극은 축대칭 배향축의 위치를 제어하기 위해 구형 오목 구조 또는 스텝 구조를 갖는다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 액정 디스플레이 디바이스는 한쌍의 기판 사이에 제공된 최소한 하나의 두께 조정기를 더 포함하고, 두께 조정기는 최소한 스캐닝 라인 또는 데이타 라인 위에 제공됨으로, 한쌍의 기판 사이의 갭이 유지된다.
본 발명의 다른 실시예에서, 절연층의 표면의 표면 자유 에너지는 약 40mN/m 또는 그 이하이다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 액정 디스플레이 디바이스는 화소 전극 외부에 또는 화소 영역 외부의 최소한 일부에 제공된 벽을 더 포함하고, 화소 영역은 화소 전극과 대향 전극 사이에 한정된 일부분에 대응한다. 벽의 높이는 셀의 두께보다 작다.
본 발명의 다른 실시예에서, 벽은 블랙 레지스트로 만들어진다.
따라서, 본 명세서에 설명된 발명은 (1) 시야각 특성 및 그 투과율을 향상시킬 수 있는 액정 디스플레이 디바이스의 제공, (2) 화소 영역들 외부에 스페이서가 제공되는 액정 디스플레이 디바이스의 제공, 및 (3) 제조 단계들의 수를 증가시키지 않고 액티브 매트릭스 기판측에 축-대칭 배항축들의 위치를 제어하기 위한 조정기들을 제공하는 것과 관련된 것이다.
당분야의 숙련자라면 본 발명의 및 다른 장점들이 첨부 도면을 참조로 하여 다음의 상세한 설명을 숙독하고 이해함으로써 명확해질 것이다.
[발명의 구성 및 작용]
이하, 첨부 도면을 참조로 하여 본 발명의 개요를 설명할 것이다.
제1a도, 제1b도 및 제2도를 참조로 하여, 본 발명에 따른 액정 디스플레이 디바이스에 사용되는, 스위칭 소자를 갖는 예시적인 액티브 매트릭스 기판이 설명될 것이다. 액티브 매트릭스 기판 및 대향 기판(도시 생략)은 서로 대향하도록 배치되며 그 사이에 액정 물질을 포함하는 디스플레이 매체가 삽입된다.
제1a도 및 제1b도를 참조로 하면, 특히 제1a도를 참조로 하면, 스캐닝 라인으로서의 게이트 버스 라인(2) 및 데이터 라인으로서의 소스 버스 라인(3)이 베이스 기판(1) 상에 제공된다. 박막 트랜지스터(이하 "TFT" 로 약칭)(4)가 게이트 버스 라인(2) 및 소스 버스 라인(3)과 접속되어 스위칭 소자로서 제공된다. TFT(4)는 게이트 버스 라인(2)으로부터 돌출된 게이트 전극(2a), 소스 버스 라인(3)으로부터 돌출된 소스 전극(3a) 및 드레인 전극(4a)을 포함한다. 소스 전극(3a)의 선단부는 게이트 전극(2a) 상에 오버레이되고 게이트 절연막(5)이 그 사이에 삽입된다. 드레인 전극(4a)의 한 단부는 게이트 전극(2a) 상에 오버레이되고 게이트 절연막(5)이 그 사이에 삽입되며, 드레인 전극(4a)의 다른 단부는 게이트 버스 라인(2) 및 소스 버스 라인(3)으로 둘러싸인 방형 영역의 중심부에 게이트 버스 라인(2)과 평행하게 위치하게 된다. 드레인 전극(4a)의 다른 단부 아래 및 게이트 절연막(5)의 하단에는, 공통라인(도시 생략)으로 접속된 금속 저장 캐패시터 라인(6)이 제공된다.
또한, 층간 절연층(7)이 게이트 버스 라인(2), 소스 버스 라인(3) 및 TFT(4)를 피복하도록 제공된다. 드레인 전극(4a)의 다른 단부 위의 층간 절연층(7) 내에 접촉홀(8)이 형성된다. 제1b도에 도시된 바와 같이, ITO와 같은 투명한 전극 물질로 만들어진 화소 전극(9)이 층간 절연층(7) 상에 제공되어서 화소 전극(9)의 일부분이 접촉홀(8)을 통해서 드레인 전극(4a)에 접속되도록 접촉홀(8)을 채운다. 따라서, 획득된 기판은 패시베이션 구조 위에 화소를 갖는다.
화소 전극(9)의 주변부는 게이트 버스 라인(2) 및 소스 버스 라인(3) 상에 까지 연장한다. 또한, 제1b도 및 제2도에 도시된 바와 같이, 서로 접속이 단절될 2개의 인접한 화소 전극들(9) 사이에 슬라이트 스페이스가 제공된다.
패시베이션 구조 상에 화소를 갖는 액티브 매트릭스 기판은 게이트 버스 라인(2) 및 소스 버스 라인(3)을 부분적으로 피복하며, 게이트 버스 라인(2) 및 소스 버스 라인(3)과는 다른 레벨에 제공되는 화소 전극(9)을 포함한다. 따라서, 화소 전극과 버스 라인들이 동일한 레벨에 제공되는 종래의 액티브 매트릭스 기판과 비교할 때, 본 발명에 따른 액티브 매트릭스 기판은 더 큰 화소 전극을 가질 수 있으며, 따라서 더 높은 개구비를 회득할 수 있다. 또한, 화소 전극(9)이 게이트 버스 라인(2) 및 소스 버스 라인(3)을 피복하도록 제공될지라도, 화소 전극들(9)이 그 사이에 존재하는 층간 절연층(7)으로 인해 단락되는 것이 방지된다.
화소 전극(9)과 드레인 전극(4a)간의 전기 접속을 위한 접촉홀(8)도 또한 제1a도 및 제1b도에 도시된 것과는 다른 위치에 형성될 수 있다.
제2도에 도시된 바와 같이, 화소 전극(9)는 층간 절연층(7)상에 분리-제공되어서 화소 전극(9)의 주변부를 따라 층간 절연층(7)의 일부가 노출된다. 다시 말하면, ITO와 같은 투명한 전극 물질이 투명한 전극 물질의 표면 자유 에너지와는 다른 표면 자유 에너지를 갖는 절연 물질로 둘러싸이도록 패턴 형성된다. 따라서, 화소 전극(9)의 주변부를 따라 격자형 레지스트를 패턴 형성하지 않고서도 액정 영역 및 폴리머 영역(100)(제9도)을 획득하도록 상-분리(phase-seperation)가 구현될 수 있다. 따라서, 제조 공정이 간소화될 수 있다.
양호하게는, 층간 절연층(7)의 표면 자유 에너지는 40mN/m 이하로 세트되어서 층간 절연층(7)의 표면 자유 에너지와 ITO와 같은 투명한 전극 물질로 만들어진 화소 전극(9)의 표면 자유 에너지 사이의 차, 예를 들면 80mN/m 내지 100mN/m가 더욱 크게 된다. 그 결과, 디스플레이 매체로서 액정 물질, 광경화 수지 등과 같은 것을 함유하는 혼합물이 상-변화되어서 상대적인 액정 분자-리치 액정상(relatively liquid crystal molecule-rich phase)은 화소 전극 위에 집중되며 상대적인 광경화성의 수지-리치 등방성 상(relatively photo-curing resin-rich isotropic phase)은 층간 절연층(7)의 표면 상에 집중된다. 그러한 상태 하에서, 광경화 수지가 광에 노출되는 경우, 폴리머 벽이 화소 영역(201) 외부에 형성될 수 있으며, 액정 영역이 화소 영역(201) 내에 형성될 수 있어서, 이에 의해 디스플레이 매체를 형성한다.
또한, 제3도에 도시된 바와 같이, 층간 절연층(7) 내에 접촉홀(8)을 형성하는 단계에서, 접촉홀형 오목부(20)가 축대칭 배향축들의 위치를 조정함과 동시에 화소영역(201)의 중심부에 형성될 수 있다. 이러한 기판이 ASM 액정 디스플레이 디바이스에 사용되는 경우, 축대칭 배향 축들 각각은 오목부(20)로 인해 각 화소 영역(201)의 중심부에 위치 설정되며, 이에 의해 디스플레이 러프니스(roughness)가 없는 우수한 디스플레이 특성이 획득된다. 제4a도에 도시된 바와 같이, 축들의 위치는 화소 전극들 및 기판의 표면 내에 구형 오목부(301)를 형성함으로써, 또는 제4b도에 도시된 바와 같이, 화소 전극들 내에 스텝(302)을 형성하여 이에 의해 오목부의 중심부근의 오목부의 깊이를 점진적으로 증가시킴으로써 제어될 수 있다. 또한, 제1b도에 도시된 바와 같이, 접촉홀(8)이 축들의 위치를 제어하기 위해 화소 영역(201)의 중심부에 형성될 수 있다. 이러한 경우, 상술된 오목홀(20)은 제공될 필요가 없다.
따라서, 액정 분자들의 배향은 접촉홀(8), 오목부(20) 등의 부근에 나타나는 축들로 인해 접촉홀(8), 오목부(20)에 방해받는 것이 방지된다.
이하, 축-대칭 배향 액정 디스플레이 디바이스를 형성하는 3가지 방법이 설명될 것이다.
제1방법에 따르면, 액정 물질 및 광-경화 수지를 함유하는 혼합물이 셀 내로 주입된다. 화소 영역(201)들을 형성하는 차폐 영역이 있는 포토 마스크가 최종셀의 외부표면 상에 제공된다. 이어서, 광경화성 수지는 액정 물질의 상전이 온도 이상의 온도에서 혼합물에 전압을 인가하면서 충분히 평행한 자외선에 의해 경화된다. 그 후에, 액정 분자들을 축-대칭 방식으로 배향시키기 위해 셀은 점진적으로 실온까지 냉각된다.
제2방법에 따르면, 상이한 표면 장력을 갖는 물질들을 사용하여 셀이 형성된다. 제5a도 및 제5b도를 참조하면, 화소 전극(9)은 ITO로 만들어지며, 셀을 제조하기 위해 레지스트 벽(21)이 기판(1) 상에 제공된다. 액정 물질 및 광경화 수지를 포함하는 혼합물이 셀 내로 주입되고, 균일한 상태가 얻어질 때까지 가열된다. 이어서, 액정 분자를 축-대칭 방식으로 배향시키기 위해 전압이 그 혼합물에 인가되는 동안 혼합물이 실온까지 냉각된다. 이 경우에, 레지스트 벽(21)의 높이는 기판들 간의 갭의 길이 이하이다. 그러나, 제2방법에 따르면, 버스 라인들의 폭이 좁은 경우, 레지스트 벽(21) 위의 액정 영역이 기판에 대해서 수직인 방향에서 보는 경우 레지스트 벽(21)을 통하여 보일 수 있으며, 이에 의해 광 누출이 발생한다. 그러한 현상을 억제시키기 위해, 착색제가 첨가된 레지스트 또는 착색된 레지스트가 광이 흡수되도록 하기 위해 레지스트 벽(21)을 형성하는데 사용된다.
제3의 방법에 따르면, 상이한 표면 장력을 갖는 물질들이 패턴 형성된 기판을 사용하여 셀이 제조된다. 액정 물질 및 광경화성 수지를 함유하는 혼합물이 셀내에 주입되어서 균일한 상태가 얻어질 때까지 가열된다. 이어서, 상기 혼합물은 액정상을 석출하도록 점진적으로 냉각된다. 액정 상이 제거되지 않은 상태하에서 액정 영역의 사이즈를 감소시키기 위해 다시 셀이 가열된다. 그 온도에서, 축대칭 배향 상태를 얻기 위해(즉, 축대칭 배향 처리) 전압이 인가된다. 이어서, 축대칭 방식으로 배향된 액정 분자들을 갖는 액정 영역의 사이즈를 증가시키기 위해 셀이 점차 냉각된다. 그 후에, 액정 영역을 축대칭 상태로 고정시키기 위해(즉, 배향 고정처리)자외선이 액정 영역 상에 조사된다. 그 동안에, 축-대칭 배향을 안정화시키기 위해 전압이 셀에 인가될 수 있다.
본 발명에 따른 액정 디스플레이 디바이스에 사용된 액티브 매트릭스 기판은 표면 장력이 상이한 영역들이 제2 및 제3방법에서 설명된 것과 같이 패턴 형성되는 경우에 매우 효과적이라는 것이 판명되었다. 구체적으로, 액티브 매트릭스 기판은 기판 장력의 차를 얻기 위한 레지스트 벽없이 축대칭 배향 상태를 제공할 수 있다.
이하, 기판 상에 스페이서들을 고정시키는 방법이 설명될 것이다. 스페이서는 셀의 두께를 조정하고 유지하기 위해 사용된다. 그러나, 화소 영역(201)내의 스페이서의 존재는 축대칭 배향을 금지한다. 이것을 고려하면, 스페이서는 화소 영역(201) 외부에 고정될 필요가 있다.
다음의 3가지 방법은 화소 영역(201) 외부에 스페이서를 고정시키기 위해 사용될 수 있다.
제1방법에 따르면, 화소 영역(201) 외부에 고정된 레지스트 벽 내에 스페이서가 혼합된다. 레지스트 벽으로부터 수평 방향의 화소 영역(201)을 향하여 돌출하는 스페이서에 의해 발생되는 역효과를 억제하기 위해, 제1레지스트 벽보다 두꺼운 제2레지스트 벽이 돌출 스페이서를 피복하도록 형성될 수 있다.
제2방법에 따르면, 스페이서로서 작용하도록 충분한 두께를 갖는 필라형 또는 벽형 돌출부가 화소 영역(201) 외부에 형성된다.
제3방법에 따르면, 액티브 매트릭스 기판 상에서 스페이서가 제거된다. 제6도에 도시된 바와같이, 화소 전극(즉, 도체)(9) 및 층간 절연층(즉, 절연체)(7)이 본 발명에 따른 액정 디스플레이 디바이스에 사용된 액티브 매트릭스 기판의 화소 영역(201)의 각각에 패턴 형성된다. 절연 물질로 만들어진 스페이서들(22)이 이러한 기판 상에 분산되어 있는 경우, 스페이서들은 화소 전극(9) 및 층간 절연층(7)에 대해서 다른 접착력을 가지며, 쿨롱력으로 인해 층간 절연층(7)(즉, 절연 물질)에 고정되는 경향이 있다. 따라서, 모든 스페이서들은 예를 들어, 질소 가스를 사용하여 적합한 힘으로 제거되어서 스페이서들이 화소 영역(201) 외부의 층간 절연층(7) 상에만 잔류하게 된다.
TFT 같은 3-단자 소자, MIM 같은 2-단자 소자 등과 같은 것이 본 발명에 따른 액정 디스플레이 디바이스에 스위칭 소자로서 사용될 수 있다. 이러한 스위칭 소자를 사용하면 액티브 구동 같은 구동 방법이 가능하다. 스위칭 소자는 비정질 Si, 저온에서 결정화된 p-Si(폴리실리콘)(저온 p-Si) 또는 고온에서 결정화된 p-Si(고온 p-Si) 같은 임의의 종재의 반도체 물질로 제조될 수 있다.
이하, 액티브 매트릭스 기판에 사용된 물질이 설명될 것이다. 이 기판은 유리, 수정 또는 플라스틱과 같이 가시광에 투과성이 있는 투명한 고상 물질로 만들어진다.
비록 액정 물질 및 광경화성 수지를 함유하는 혼합물이 상술된 예에서 디스플레이 매체로서 설명되었으나, 다른 물질들도 또한 본 발명에 따라 사용될 수 있다. 축-대칭 배향에 대한 구정을 갖는 배열층이 기판 상에 형성되는 경우, 액정 물질 만으로 사용하는 것으로 충분하다. 또한, 액정 물질 및 열경화성 수지를 함유하는 혼합물이 사용될 수 있다. 이 경우에, 이 혼합물이 열 분산 처리된다.
본 발명에 따른 액정 디스플레이 디바이스의 액정 분자 배향은 축-대칭 배향에 한정되는 것은 아니다. 액정 분자들이 1개 이상의 방향으로 배향되는 한도 내에서는 어떠한 타입의 배향도 사용될 수 있다. 예를 들어, 나선, 방사상 또는 동심원 형태의 배향이 적용될 수 있다.
이하, 첨부 도면을 참조로 하여 본 발명의 실시예가 설명될 것이다. 그러나, 본 발명은 다음의 실시예들 중에 어떤 것에 한정되는 것은 아니다.
[제1실시예]
제7도는 본 발명의 제1실시예에 따른 투과형 액정 디스플레이 디바이스의 액티브 매트릭스 기판의 싱글 화소 영역(201)를 도시하는 평면도.
액티브 매트릭스 기판은 매트릭스 형태로 배열된 다수의 화소 전극(9), 및 스캐닝 라인으로서의 게이트 버스 라인(2) 및 데이터 라인으로서의 소스 버스 라인(3)을 포함한다. 게이트 버스 라인(2) 및 소스 버스 라인(3)은 서로 교차하고 각 화소전극(9)를 둘러싸도록 제공된다. 각 게이트 버스 라인(2)의 일부 및 각 소스 버스 라인(3)의 일부는 각 화소 전극(9)의 주변부와 오버랩한다.
제7도를 참조하면, 화소 전극(9)과 접속된 TFT(4)는 게이트 버스 라인(2)와 소스 버스 라인(3)의 교차부 부근에 스위칭 소자로서 제공된다. TFT(4)의 구동은 게이트 버스 라인(2)에 접속된 TFT(4)의 게이트 전극(2a)으로 입력된 신호에 의해서 제어된다. 구동회로로부터의 데이타 신호는 소스 전극(3a)에 접속된 소스 버스 라인(3)을 경유해 TFT(4)의 소스 전극(3a)에 입력된다. TFT(4)의 드레인 전극(4a)는 화소 영역(201) 중심부 부근에 저장 커패시턴스 라인(6)과 게이트 버스 라인(2)에 평행한 일단부를 가진다. 게이트 버스 라인(2)의 일단부와 타단부 사이의 부분은 소스 버스 라인(3)에 평행하다.
제8도에 도시된 바와 같이, 층간 절연층(7)은 베이스 기판(1)의 전 표면을 덮도록 제공된다. 접촉홀(8)은 TFT(4)의 부근의 층간 절연층(7)에 형성된다. 화소전극(9)는 층간 절연층(7) 상에 형성되어 접촉홀(8)을 경유해 드레인 전극(4a)에 접속된다. 저장 커패시턴스 라인(6)은 베이스 기판(1) 상과 층간 절연층(7) 아래에 제공되며 공통 라인에 접속된다(도시되지 않음).
층간 절연층(7)과 화소 전극(9)는 제2도에 도시된 바와 같이 제공된다. 제1실시예에서, 아크릴 감광 수지는 표면 자유 에너지 38mN/m를 갖는 층간 절연층(7)로서 사용된다.
다음으로, 제5a도와 제5b도에 도시된 바와 같이, 저항 재료(OMR83 produced by Tokyo ohka Kogyo Co., Ltd)로 만들어진 레지스트 벽(21)은 얻어진 액티브 매트릭스 기판 상에 형성된다. 레지스트 벽(21)은 축-대칭 배향을 형성하기 위한 처리 중에 액정 영역을 화소 영역(201)들로 분할하는데 사용된다. (제6도에 도시된) 스페이서(22)는 셀의 두께를 조절하기 위해 레지스트 벽(21)에서 혼합된다. 양호하게, 스페이서(22)는 레지스트 벽(21)으로부터 수평 방향으로 돌출되지 않는다. 스페이서(22)가 노출되는 경우에, 제2레지스트가 돌출 스페이서(22)를 덮기 위해 사용된다.
액티브 매트릭스 기판과 마주보는 대향 기판은 액티브 매트릭스 기판의 제작 전 또는 후에 생성된다. 대향 기판은 평탄한 표면을 갖는 컬러 필터가 제공된다.
다음으로, 액티브 매트릭스 기판과 대향 기판은 서로 마주보도록 배치된다. 기판 사이의 거리는 스페이서(22)에 의해 조정된다. 예를 들면, 제1실시예에서는 직경 4.5㎛를 갖는 비드(beads)가 스페이서(22)로서 사용된다.
이어서, 혼합물이 기판 사이에 주입된다. 혼합물은 0.1의 R-684(produced by Nippon Kayaku Co., Ltd), 0.1g의 p-페닐스티렌, 다음 식 1에 의해 표시되는 0.06g의 합성물, 및 카이럴제 S-811에 의해 90°의 헬리컬 피치를 갖도록 조정되는 액정 물질로서 3.74g의 ZLI-4792(produced by Merck & Co., Inc.), 및 0.02g의 포토폴리메리제이션 개시제(Irugacure 651)를 포함한다. 최대 투과율이 획득되는 제1최소조건을 만족시키기 위해 카이럴 피치는 90°가 되도록 조정된다.
이 혼합물은 110℃로 유지되며, 그 후에 액정상을 석출하기 위해 점차로 냉각된다.
다수의 액정 영역들이 하나의 액정 영역으로 융합(fuse)된 후에, 액정 영역은 액정상이 제거되지 않는 정도까지 그 사이즈를 감소시키기도록 가열된다. 이러한 온도에서, 축-대칭 배향(즉, 축-대칭 배향 처리)을 획득하기 위해 전압이 인가된다. 다음으로, 축-대칭 배향을 갖는 액정 영역은 액정 영역의 사이즈를 증가시키도록 냉각된다.
일단 축-대칭 배향 영역이 각 화소 영역(201)내에서 완전하게 확장되면, 수지를 경화시키기 위해(즉, 배향 고정 처리) 2mW/cm2(365nm)의 에너지를 갖는 자외선이 액티브 매트릭스 기판 측면으로부터 혼합물을 향해 고압 수은 램프를 사용하여 30분 동안 조사된다.
그 후에, 혼합물은 실온(예를 들면, 25℃)으로 복귀되며 수지 경화를 보장하기 위해 동일한 고압 수은 램프를 사용하여 10분 동안 자외선으로 더 조사된다. 예를 들어, TFT의 버스 라인들에 의해 그림자(shades)들이 생성될 수 있기 때문에, 자외선이 기판에 수직한 방향으로부터 조사될 수 있거나, 또는 산란된 자외선을 발생시키는 광원이 사용될 수 있다.
제9도는 편광 현미경으로 관측된, 상기 방식으로 생성된 셀을 도시하는 평면도이다. 제9도로부터 알 수 있는 바와 같이, 각 액정 영역(30)은 액정 분자가 축대칭 방식으로 배향되는 모노도메인 상태에 있다. 더우기, 소광 패턴(31)이 액정 영역(30)에서 관측된다. 이 예에서, 각 액정 영역(30)은 실질적은 디스플레이에 기여하는 화소 영역(201)에 상당한다.
그 후, 편광판은 셀의 주외부면들 각각에 제공된다. 제1편광판은 한 방향의 편광축을 갖고 있으며, 제2편광판은 제1편광판의 방향과 수직인 방향의 편광축을 갖는다. 이러한 방식으로, 본 발명의 제1실시예에 따른 액정 디바이스가 완성된다.
제10a도는 본 발명의 제1실시예에 따라 생성된 액정 디스플레이 디바이스의 디스플레이 특성을 도시하는 도면이다. 제10b도는 셀과 편광판의 축방향 사이의 관계를 도시하는 도면이다. 제10a도에서 알 수 있는 바와 같이, 제1실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스는 더 넓은 시각 특성을 갖는다.
제1실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스를 60° 또는 그 이상의 시야각에서 관측할 때, 소스 버스 라인 근처에서 미세한 광 누출이 발생하였다. 이러한 현상을 방지하기 위해서, 레지스트 벽(21)이 블랙 착색이 가해진 레지스트를 사용하여 형성될 수 있다.
[제2 실시예]
이후, 본 발명의 제2실시예에 따른 액티브 매트릭스 기판을 갖는 액정 디스플레이 디바이스가 설명된다. 제2실시예에 따르면, 제11도에 도시된 바와 같이, 필라형 스페이서(22a)(화소 전극(9)의 표면으로부터의 4.5㎛의 높이를 가짐)는 포토리소그래피에 의해 액티브 매트릭스 기판 상에 형성된다. 액티브 매트릭스 기판은 제1실시예에서와 같은 방식으로 생성된다.
그 후, 셀은 얻어진 기판 및 대향 기판 그리고 제1실시예에 사용된 물질로 제조된다. 제1실시예에 사용된 혼합물은 셀 내에 주입된다. 그 다음, 제1실시예에서와 동일한 방식으로, 액정상(액정 분자-리치) 및 등방성상(폴리머-리치)은 상-변환되어, 액정상을 등방성상으로부터 분리시킨다. 그 결과, 액정상은 화소 영역(201) 내에 나타나는 경향이 있고, 등방성상은 화소 영역(201) 외부에 나타나는 경향이 있으므로, 축대칭 배향 구조를 얻을 수 있다. 화소 영역(201) 외부의 층간 절연층은 제1실시예에서의 레지스트벽(21)과 동일한 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 즉, 화소 전극(ITO) 및 상이한 표면 장력을 갖는 화소 전극 외부에 있는 수지를 포함하는 셀 내에서 액정상(네마틱상) 및 등방성상이 상-변환되는 경우, 액정상 및 등방성상은 화소 전극부 및 화소 전극 영역 외부에 각각 나타나도록 분리될 수 있다. 따라서, 액정상은 레지스트벽이 사용될 때와 동일한 방식으로 화소 영역(201) 내에 형성될 수 있다.
그 후, 축대칭 배향 처리 및 배향 고정 처리(즉, 자외선에 노출)는 제1실시예에서와 동일한 방식으로 수행된다. 그 결과, 제1실시예에서 얻어진 것과 사실상 동일한 축대칭 배향이 얻어진다.
또한, 기판의 제조후, 스페이서로서 사용된 플라스틱 비드(세키스이 화인 케미컬사(SEKISUI FINE CHEMICAL CO., LTD)에서 제조된 마이크로펄 4.5㎛)를 건식 산포하여 질소 가스를 쐬어, 화소 전극 상의 스페이서를 층간 절연층 상으로 이동시켜 플라스틱 비드의 패턴화를 행한다. 그 후, 셀은 제1실시예에서와 같은 방식으로 생성된다.
따라서, 본 발명의 제2실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스는 제1실시예에서와 얻어진 것과 유사한 축대칭 배향을 갖고 완성된다.
[제3실시예]
이후, 본 발명의 제3실시예에 따른 액티브 매트릭스 기판을 갖는 액정 디스플레이 디바이스가 설명된다.
제3실시예에 따르면, 제3도에 도시된 바와 같이, 액티브 매트릭스 기판은 제1실시예에서 사용된 것과는 다른 마스크를 사용하여, 각 화소 영역(201)의 중심부에 대응하는 층간 절연층(7)내에서 접촉홀(8)뿐만 아니라 오목부(20)을 포함하도록 생성된다. 화소 전극(9)는 최종층 상에 형성되어, 액티브 매트릭스 기판을 완성한다.
셀은 생성된 액티브 매트릭스 기판을 사용하여 제조된다. 제1실시예에서와 동일한 방식으로 축대칭 배향을 갖는 디스플레이 매체가 형성된다.
본 발명의 제3실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스는 오목부(20)을 갖는 액티브 매트릭스 기판을 포함한다. 따라서, 액정 영역은 축대칭 배향 처리 중에 각 화소 영역(201)의 중심부에서 생성된다. 동시에, 축대칭 배향축은 액정 도메인이 배향 상태가 유지됨에 따라서 성장하기 때문에 각 화소 영역(201)의 중심부로부터 시프트되지 않는다. 따라서, 디스플레이의 불균일 상태가 최소로 되는 액정 디스플레이 디바이스가 생성될 수 있다.
[제4 실시예]
이후, 본 발명의 제4실시예에 따른 액티브 매트릭스 기판을 갖는 액정 디스플레이 디바이스가 설명된다.
제4실시예에 따르면, 제3실시예에서 설명된 접촉홀(8) 및 오목부(20)을 갖는 층간 절연층(7)이 형성된다. 그 다음, 제12도에 도시된 바와 같이, 구형 오목부를 갖는 제2절연층(23)은 층간 절연층(7)의 존재 유무에 의해 생성된 상부면의 변형을 평활하게 하도록 형성된다(제12도에 도시된 바와 같이, 층간 절연층(7)이 부재하는 영역은 오목부(20)에 상당한다). 화소 전극(9)는 구형 오목면을 갖고 최종층 상에 형성된다.
셀은 생성된 액티브 매트릭스 기판을 사용하여 제조된다. 제1실시예에서와 같은 방식으로, 액정 디스플레이 디바이스가 생성되는데, 이는 축대칭 배향을 갖는 화소 영역(201)을 포함한다.
제4실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스에서, 축대칭 배향축의 중심은 제3실시예에 설명된 동일한 원리에 따른다.
화소 전극(9)의 표면이 제4실시예에 따라 구형으로 오목하게 되어 있지만, 본 발명은 이에 국한되지 않는다. 제4b도에 도시된 스텝 구조가 또한 사용될 수 있다. 이 경우 역시, 축대칭 배향축의 중심은 동일한 원리에 따른다.
또한, 구형 오목부는 컬러 필터를 갖는 대향 기판 내에 형성될 수 있고, 또는 양측 기판들 내에 형성될 수 있다. 이는 또한, 제3실시예에서 설명된 오목부(20)가 사용되는 경우에 또는 스텝구조가 사용되는 경우에도 적용된다. 이들 대안은 또한, 상기 기술된 제1 내지 제3실시예에서 적용될 수 있다.
[제5 실시예]
이후, 본 발명의 제5실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스가 설명된다.
액정 디스플레이 디바이스는 제1실시예에서 생성된 액티브 매트릭스 기판 및 대향 기판을 포함한다. 양측 기판은 스핀 코팅에 의해 Nylon 66으로 코팅되어 구정을 형성한다. 셀은 스페이서에 의해 5㎛로 유지되는 셀의 두께를 갖는 기판을 사용하여 제조된다.
액정 물질, 예를 들면 키럴제 S-811에 의해 90°의 헤리컬 피치를 갖도록 조정되는 ZLI-4792(머크사(Merck & Co., Inc.)제조)만이 상기 셀 내에 주입된다. 제16도에 도시된 바와 같이, 셀 내의 액정 분자는 기판 상에 형성된 구정을 따라 축대칭 방식으로 배향된다. 제16도에서 참조 번호(121)은 소광부를 나타낸다.
그 다음, 제1실시예에서와 같은 방식으로, 2개의 편광판은 셀의 외부면 상에 제공된다.
제5실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스는 기판의 법선으로부터 시프트된 방향에서 관측할 때 우수한 시각 특성을 갖는다. 또한, 시각 특성은 기판의 법선에 대해 전체 디스플레이 스크린 상에서 대칭이다.
[제6 실시예]
이후, 본 발명의 제6실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스가 설명된다.
제6실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스는 제1실시예에서 생성된 액티브 매트릭스 기판 및 대향 기판을 사용한다. 양측 기판은 러빙 처리없이 스핀 코팅에 의해 폴리이미드로 코팅된다. 셀은 스페이서에 의해 5㎛로 유지되는 셀의 두께를 갖는 생성된 기판을 사용하여 제조된다.
그 다음, 액정 물질, 예를 들면 키럴제 S-811에 의해 90°의 헤리컬 피치를 갖도록 조정되는 ZLI-4792(머크사 제조)이 상기 셀 내에 주입된다. 셀 내의 액정 분자는 코팅된 기판의 약한 배향 제어력으로 인해 랜덤하게 배향된다. 그 다음, 제1실시예에서와 같이 방식으로, 2개의 편광판이 셀의 외부면 상에 제공된다.
제6실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스는 또한, 기판의 법선으로부터 시프트된 방향에서 관측할 때 우수한 시각 특성을 갖는다. 또한, 시각 특성은 기판의 법선에 대해 전체 디스플레이 스크린 상에서 대칭이다.
[제7실시예]
본 발명의 제7실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스가 설명된다.
제7실시예에 따르면, 액티브 매트릭스 기판이 제1도에 도시된 바와 같이 각 화소 영역(201)의 중심부에 형성된 접촉홀(8)을 갖는 것을 제외하고는, 셀은 제1실시예에서와 동일한 방식으로 제조되어 축대칭 배향을 갖는 액정 영역을 형성한다.
이러한 액티브 매트릭스 기판을 포함함으로써, 제7실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스의 축대칭 배향축은 접촉홀(8)에 대응하는 부분 내에 형성되고 이로 부터 시프트되지 않는다. 또한, 각 축 부분에서의 디스클리네이션 부분은 저장 커패시턴스 라인(6)에 의해 차광된다. 따라서, 제7실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스는 디스플레이의 불균일 상태가 없는 우수한 콘트라스트를 갖는다.
[비교예 1]
이후, 비교예 1에 따른 액정 디스플레이 디바이스는 종래 디바이스에 비해 본 발명의 진보성을 나타내도록 설명된다. 액정 디스플레이 디바이스는 스핀 코팅에 의해 폴리이미드로 코팅되고 나일론 천을 사용하여 러빙 처리되는 제1실시예에서 사용된 액티브 기판 및 대향 기판을 포함한다. TN 셀은 생성된 기판(러빙 방향이 서로 수직이 되도록 배치됨) 및 셀의 두께를 조정하기 위한 5㎛ 높이의 스페이서로 형성된다. ZLI-4792(머크사 제조)는 액정 물질(키럴제 S-811에 의해 80㎛의 헤리컬 피치를 갖도록 조정됨)로서 셀 내에 주입된다. 생성된 셀은 편광판들 사이에 삽입되어, TN 셀을 완성한다.
제13a도는 비교예 1에 따른 액정 디스플레이 디바이스의 특성을 도시하는 도면이다. 제13b도는 셀과 편광판의 축 방향과의 사이의 관계를 도시하는 도면이다. 제13a도에서 알 수 있는 바와 같이, 비교예 1에 따른 액정 디스플레이 디바이스는 비대칭 배향을 가지며, 본 발명의 제1 내지 제6실시예에서 설명된 액정 디스플레이 디바이스에 비해 상당히 좁은 시각 특성을 갖는다.
[비교예 2]
이후, 비교예 2에 따른 액정 디스플레이 디바이스는 종래 디바이스에 비해 본 발명의 진보성을 나타내도록 설명된다. 제14도는 비교예 2에 따른 액정 디스플레이 디바이스 내에 사용된 액티브 매트릭스 기판을 도시한 평면도이다. 액티브 매트릭스 기판은 패시베이션 구조 상의 화소로 형성되지 않고, 그대신 화소 전극(9), 게이트 버스 라인(2) 및 소스 버스 라인(3)이 동일 레벨 상에 형성되는 종래 구조로 형성된다. TN 액정 디스플레이 디바이스는 비교예 1에서와 동일한 방식으로 액티브 매트릭스 기판으로 생성된다.
다음의 테이블은 본 발명의 제1, 제5 및 제6실시예에 따른 액정 디스플레이 디바이스, 및 비교예 1 및 비교예 2에 따른 액정 디스플레이 디바이스의 투과율 및 시각 특성을 나타낸다. 각 투과율비는 비교예 2에 따른 액정 디스플레이 디바이스의 투과율비(간략하게 하기 위해 1로 가정됨)에 비례하여 도시된다.
[테이블 1]
테이블 1에서, ○은 제10a도에 도시된 더 넓은 시각 특성을 나타내고, ×는 제13a도에 도시된 비대칭 시각 특성을 나타낸다.
테이블에서 알 수 있듯이, 비교예 1 및 비교예 2에 따른 액정 디스플레이 디바이스들 각각은 불량한 시각 특성을 갖는 반면, 본 발명에 따른 액정 디스플레이 디바이스는 시각 특성에서 상당히 개선되었음을 나타낸다. 더구나, 투과율에 대해서, 본발명에 따른 액정 디스플레이 디바이스는 비교예 2에 따른 종래 액정 디스플레이 디바이스와 동일하거나 높게 유지된다.
본 발명에 따르면, 액정 디스플레이 디바이스는 향상된 시각 특성 및 밝기(투과율)을 갖고 생성될 수 있다. 또한, 액정 물질 및 광 경화 수지를 함유한 혼합물이 축대칭 배열된 마이크로셀 모드(즉, ASM 모드)의 액정 디스플레이 디바이스를 얻는데 사용되는 경우, 축대칭 배향축을 제어하기 위해 필요한 구조는 제조 단계를 복잡하게 하지 않고도 제조될 수 있으므로, 낮은 생산가를 실현할 수 있다. 또한, 층간절연층의 표면 자유 에너지를 40mN/m 또는 그 이하로 설정하므로써, 스페이서는 선정된 위치에 제공될 수 있다.
본 발명의 범위를 벗어나지 않고 다양한 변형이 본 분야의 숙련자들이라면 가능하다는 것을 알 수 있다.

Claims (6)

  1. 디스플레이 매체가 사이에 삽입되어 있는 한쌍의 기판을 갖는 액정 디스플레이 디바이스에 있어서,
    서로 교차하도록 상기 한쌍의 기판 중 한 기판 상에 제공된 다수의 스캐닝 라인 및 다수의 데이타 라인;
    각각이 상기 스캐닝 라인 중 한 라인 및 상기 데이타 라인 중 한 라인과 접속되는 다수의 스위칭 소자;
    상기 다수의 스캐닝 라인, 상기 다수의 데이타 라인 및 상기 다수의 스위칭 소자를 덮도록 제공된 절연층;
    상기 절연층 상에 제공되며, 각각이 최소한 하나의 상기 스캐닝 라인 및 최소한 하나의 상기 데이타 라인과 부분적으로 겹치는 다수의 화소 전극; 및
    상기 절연층 내에 형성되며, 자신의 각각을 통해서 각각의 스위칭 소자의 출력 단자와 각각의 화소 전극이 접속되는 다수의 접촉홀
    을 포함하며,
    상기 디스플레이 매체는 액정 물질을 함유하며, 상기 액정 물질의 액정 분자는 상기 한쌍의 기판 중 최소한 하나의 기판 상에서 최소한 2방향으로 배향되고,
    상기 각각의 화소 전극의 중심에 대응하는 상기 절연층의 일부 내에 형성된 오목부를 더 포함함으로써, 축대칭 배향축의 위치가 제어되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
  2. 디스플레이 매체가 사이에 삽입되어 있는 한쌍의 기판을 갖는 액정 디스플레이 디바이스에 있어서,
    서로 교차하도록 상기 한쌍의 기판 중 한 기판 상에 제공된 다수의 스캐닝 라인 및 다수의 데이타 라인;
    각각이 상기 스캐닝 라인 중 한 라인 및 상기 데이타 라인 중 한 라인과 접속되는 다수의 스위칭 소자;
    상기 다수의 스캐닝 라인, 상기 다수의 데이타 라인 및 상기 다수의 스위칭 소자를 덮도록 제공된 절연층;
    상기 절연층 상에 제공되며, 각각이 최소한 하나의 상기 스캐닝 라인 및 최소한 하나의 상기 데이타 라인과 부분적으로 겹치는 다소의 화소 전극; 및
    상기 절연층 내에 형성되며, 자신의 각각을 통해서 각각의 스위칭 소자의 출력 단자와 각각의 화소 전극이 접속되는 다수의 접촉홀
    을 포함하며,
    상기 디스플레이 매체는 액정 물질을 함유하며, 상기 액정 물질의 액정 분자는 상기 한쌍의 기판 중 최소한 하나의 기판 상에서 최소한 2방향으로 배향되고,
    상기 액정 분자는 상기 한쌍의 기판의 표면에 수직인 축에 대해 축대칭 배향 상태로 배향되며,
    상기 각각의 화소 전극은 축대칭 배향축의 위치가 제어하기 위해 구형 오목 구조 또는 스텝 구조를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
  3. 디스플레이 매체가 사이에 삽입되어 있는 한쌍의 기판을 갖는 액정 디스플레이 디바이스에 있어서,
    서로 교차하도록 상기 한쌍의 기판 중 한 기판 상에 제공된 다수의 스캐닝 라인 및 다수의 데이타 라인;
    각각이 상기 스캐닝 라인 중 한 라인 및 상기 데이타 라인 중 한 라인과 접속되는 다수의 스위칭 소자;
    상기 다수의 스캐닝 라인, 상기 다수의 데이타 라인 및 상기 다수의 스위칭 소자를 덮도록 제공된 절연층;
    상기 절연층 상에 제공되며, 각각이 최소한 하나의 상기 스캐닝 라인 및 최소한 하나의 상기 데이타 라인과 부분적으로 겹치는 다소의 화소 전극; 및
    상기 절연층 내에 형성되며, 자신의 각각을 통해서 각각의 스위칭 소자의 출력 단자와 각각의 화소 전극이 접속되는 다수의 접촉홀
    을 포함하며,
    상기 디스플레이 매체는 액정 물질을 함유하며, 상기 액정 물질의 액정 분자는 상기 한쌍의 기판 중 최소한 하나의 기판 상에서 최소한 2방향으로 배향되고,
    상기 한쌍의 기판 사이에 제공된 최소한 하나의 두께 조정기를 더 포함하고, 상기 두께 조정기는 최소한 스캐닝 라인 또는 데이타 라인 위에 제공됨으로써, 상기 한쌍의 기판 사이의 갭이 유지되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
  4. 디스플레이 매체가 사이에 삽입되어 있는 한쌍의 기판을 갖는 액정 디스플레이 디바이스에 있어서,
    서로 교차하도록 상기 한쌍의 기판 중 한 기판 상에 제공된 다수의 스캐닝 라인 및 다수의 데이타 라인;
    각각이 상기 스캐닝 라인 중 한 라인 및 상기 데이타 라인 중 한 라인과 접속되는 다수의 스위칭 소자;
    상기 다수의 스캐닝 라인, 상기 다수의 데이타 라인 및 상기 다수의 스위칭 소자를 덮도록 제공된 절연층;
    상기 절연층 상에 제공되며, 각각이 최소한 하나의 상기 스캐닝 라인 및 최소한 하나의 상기 데이타 라인과 부분적으로 겹치는 다수의 화소 전극; 및
    상기 절연층 내에 형성되며, 자신의 각각을 통해서 각각의 스위칭 소자의 출력 단자와 각각의 화소 전극이 접속되는 다수의 접촉홀
    을 포함하며,
    상기 디스플레이 매체는 액정 물질을 함유하며, 상기 액정 물질의 액정 분자는 상기 한쌍의 기판 중 최소한 하나의 기판 상에서 최소한 2방향으로 배향되고,
    상기 절연층의 표면의 표면 자유 에너지는 약 40mN/m 또는 그 이하인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
  5. 디스플레이 매체가 사이에 삽입되어 있는 한쌍의 기판을 갖는 액정 디스플레이 디바이스에 있어서,
    서로 교차하도록 상기 한쌍의 기판 중 한 기판 상에 제공된 다수의 스캐닝 라인 및 다수의 데이타 라인;
    각각이 상기 스캐닝 라인 중 한 라인 및 상기 데이타 라인 중 한 라인과 접속되는 다수의 스위칭 소자;
    상기 다수의 스캐닝 라인, 상기 다수의 데이타 라인 및 상기 다수의 스위칭 소자를 덮도록 제공된 절연층;
    상기 절연층 상에 제공되며, 각각이 최소한 하나의 상기 스캐닝 라인 및 최소한 하나의 상기 데이타 라인과 부분적으로 겹치는 다수의 화소 전극; 및
    상기 절연층 내에 형성되며, 자신의 각각을 통해서 각각의 스위칭 소자의 출력 단자와 각각의 화소 전극이 접속되는 다수의 접촉홀
    을 포함하며,
    상기 디스플레이 매체는 액정 물질을 함유하며, 상기 액정 물질의 액정 분자는 상기 한쌍의 기판 중 최소한 하나의 기판 상에서 최소한 2방향으로 배향되고,
    상기 화소 전극 외부에 또는 화소 영역 외부의 최소한 일부에 제공된 벽을 더 포함하며,
    상기 화소 영역은 상기 화소 전극과 대향 전극 사이에 한정된 일부분에 대응하고,
    상기 벽의 높이는 셀의 두께보다 작은 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
  6. 제5항에 있어서, 상기 벽은 블랙 레지스트로 만들어지는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
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