KR100322660B1

KR100322660B1 - 액정표시장치 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100322660B1
Application number: KR1019990022692A
Authority: KR
Inventors: 키시모토카츠히코; 하마다켄지; 이마이마사토
Original assignee: 마찌다 가쯔히꼬; 샤프 가부시키가이샤; 이데이 노부유끼; 소니 가부시끼 가이샤
Priority date: 1998-06-30
Filing date: 1999-06-17
Publication date: 2002-02-07
Also published as: JP2000019522A; KR20000006245A; JP3335578B2; US6266122B1

Abstract

본 발명의 액정표시장치는 제1 기판과 제2 기판 및 그 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 상기 제1 기판은 투명수지로 된 고분자벽을 포함하며, 상기 액정층은 상기 고분자벽에 의해 분할된 복수의 액정영역을 포함하며, 상기 복수의 액정영역의 액정분자는 상기 제1 기판의 표면에 실질적으로 수직인 축을 중심으로 축대칭 배향된다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법{Liquid crystal display device and method for manufacturing the same}

본 발명은 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 고분자벽에 의해 분할된(partitioned) 액정영역내에서 축대칭으로 배향된 액정분자를 갖는 액정표시장치에 관한 것이다.

종래, 네마틱 액정을 사용하는 TN(트위스티드 네마틱)형 또는 STN(수퍼 트위스티드 네마틱)형은 전기광학 효과를 이용하는 표시장치로서 사용된다. 이러한 장치의 시야각(viewing angle)을 넓게하는 기술은 계속 개발되어 오고 있다.

TN형 액정표시장치의 시야각을 넓게 하기 위해 제안된 기술 중 하나로서, 소위 ASM(축대칭배향 마이크로셀:Axially Symmetrically alinged Microcell) 모드를 개시한 일본 특허공개공보 평6-301015와 제7-120728호는, 액정표시장치가 고분자벽에 의해 분할된 액정영역내에 축대칭으로 배향된 액정분자를 갖고 있다. 고분자벽에 의해 실질적으로 둘러싸인 액정표시영역은 전형적으로 각 화소마다 형성된다. 이러한 모드의 액정표시장치에서, 액정분자는 축대칭으로 배향되어, 관찰자가 액정표시장치의 스크린을 어떤 방향에서 보아도 콘트라스트에서 변화가 적다. 따라서, 광시야각을 갖는다.

상술한 공보에서 개시된 ASM 모드 LCD는 중합성재료와 액정재료를 포함하는 혼합물의 중합유기상분리에 의해 제조된다.

종래의 ASM 모드 액정표시장치를 제조하는 방법은 도 10a 내지 도 10i를 참조하여 설명될 것이다. 우선, 기판은 유리 기판(908:도 10a)의 한 표면상에 칼라 필터와 전극을 형성함으로써 마련된다. 편의를 위해, 유리 기판(908)상의 형성된 전극과 칼라 필터는 도시되지 않았다. 칼라 필터를 형성하는 방법은 이후 설명될 것이다.

다음에, 전극과 칼라 필터가 형성되는 유리 기판(908)의 표면상에, 축대칭으로 액정분자를 배향하기 위한 고분자벽(917)이 예를 들면, 격자 패턴으로 형성된다(도 10b 참조). 감광성수지 재료가 스핀 코팅된 후에, 소정패턴을 갖는 광마스크를 통해 노광되고 현상된다. 결과적으로, 격자 패턴으로 된 고분자벽이 형성된다. 감광성 수지재료는 네가티브형 또는 포지티브형일 수 있다. 부가적인레지스트 막을 형성하는 단계가 부가되고, 감광성을 갖지 않는 수지재료를 사용함으로써도 형성될 수 있다.

결과적인 고분자벽(917) 각각의 상부상에서, 주상돌기(pillar-like protrusion:920)가 패터닝에 의해 분리형성된다(도 10c 참조). 고분자벽(917)과 같이, 주상돌기(920)는 감광성수지 재료를 노광시키고 현상하여 형성된다.

고분자벽(917)과 주상돌기(920)는 폴리이미드와 같은 수직배향제(921)로 피복된다(도 10d 참조). 한편, 전극이 형성된 대향유리기판(902)에도 수직배향제(921)로 피복된다(도 10e 및 도 10f 참조).

두개의 결과적인 기판을 전극을 갖는 표면이 마주보도록 서로 접착하여 액정셀이 형성된다(도 10g 참조). 두 기판 사이의 갭[즉, 셀 갭(액정층의 두께)]은 고분자벽(917)과 주상돌기(920)를 합친 것으로 정의된다.

액정 재료는 예를 들면, 진공주입법에 의해 액정셀간의 갭으로 주입된다(도 10h 참조). 결국, 대향 전극간에 전압을 인가함으로써, 액정영역(916)내의 액정분자가 축대칭배향된다(도 10i 참조). 고분자벽(917)에 의해 분할된 액정영역(916)내의 액정분자는 도 10i의 점선으로 나타낸 축(918: 양 기판에 수직임)을 중심으로 대칭배향된다.

도 11은 종래의 칼라 필터의 구조를 도시한 단면도이다. 유리 기판(508)상에, 착색 부분간의 갭을 통해 투과되는 광을 차단하는 블랙 매트릭스(black matrix:'BM':510)와 각 화소에 대응하는 적, 녹 및 청(R, G, B)의 착색층이 형성된다. 약 0.5 내지 2.0㎛의 두께를 갖는 아크릴 수지, 에폭시 수지 등으로 된 오버코트('OC':514)층은 BM(510)과 칼라 수지층(512) 위로 형성되어 예를 들면, 평활성을 향상시키도록 한다. 또한, 투명한 신호전극인 인듐주석산화물(ITO:516)층은 OC층(514)상에 형성된다. BM은 약 100 내지 150nm의 두께를 갖는 금속크롬으로 통상 구성된다. 염료 또는 안료로 착색된 수지재료가 착색 수지층(512)에 대해 사용되고, 이 층의 두께는 통상 약 1-3㎛이다.

칼라 필터를 형성하는 방법으로, 기판상에 형성된 감광성 착색 수지층은 포토리소그라피법을 사용하여 패터닝된다. 예를 들면, 적(R), 녹(G), 청(B)의 칼라 필터가 각 색의 감광성 수지층이 각 색의 감광성 수지재료를 이용하여 형성되고, 노광되고 현상될 때 형성될 수 있다. 감광성 착색 수지층을 형성하기 위해, 기판은 착색된 수지재료(용매로 희석된)를 스핀 코팅한다. 또한, 감광성 착색 수지재료는 드라이 필름(dry film) 형태로 기판상에 전사된다. 상술한 ASM 모드의 액정표시장치를 제조함으로써, 광시야각 특성을 갖는 칼라 액정표시장치가 얻어질 수 있다.

그러나, 본발명의 발명자는 종래의 ASM 모드 액정표시장치와 그 제조 방법에서 다음과 같은 문제점을 발견했다.

종래의 ASM 모드 액정표시장치에서, 광시야각 특성을 얻을 수 있지만, 표시장치의 휘도는 고분자벽이 광투과를 감소시키기 때문에 감소한다. 게다가, 종래의 액정표시장치에서는 고분자벽상에 존재하는 액정분자가 화상표시에 기여하지 않으므로, 액정표시장치의 투과율이 감소한다. 또한, 고분자벽 근방에서 액정분자의 축대칭 배향이 방해되어, 흑표시의 경우 화상에서의 플리커(즉, 광 누출)가 유발된다.

또한, 상술한 ASM 모드 액정표시장치와 그 제조방법은 플라즈마-어드레스 (plasma-addressed) 액정표시에 응용될 때, 다음과 같은 문제점이 발생한다. 플라즈마 어드레스 액정표시장치에서는, 플라즈마 셀부분과 액정표시셀 부분이 스위칭부를 형성하고, 제조과정동안에 서로 다른 열이력(heat history)을 갖는다(통상, 플라즈마셀에 대해 500°및 액정셀에 대해 200°). 따라서, 양셀간에 열수축으로 기인하는 치수에서의 차이가 변화하게 된다. 따라서, ITO 전극을 갖는 플라즈마 전극을 정확하게 배향하기 어렵다. 이러한 점에 비추어, 어려운 배향처리의 필요성을 제거하는 구조가 채용되어 왔다(배향 자유 구조로 공지되어 있음). 플라즈마 어드레스 액정표시장치와 ASM 모드가 배향 자유 구조와 결합될 때, 고분자벽(통상 흑색 재료로 된)이 축대칭으로 액정분자가 배향되도록 각 화소의 개구내에 자주 형성된다. 결과적으로, 개구율은 종래의 TN형 ASM 모드 액정표시장치에 비해 감소하여, 표시의 휘도를 또한 감소시킨다.

또한, 흑색 감광성 수지가 고분자벽을 형성하기 위한 기판의 전체 표면에 걸쳐 도포될 때, 배향을 위한 배향 마크를 알아보기 힘들다. 결과적으로, 패터닝 처리동안 정확한 배향을 달성하기가 불가능하다. 이러한 문제를 해결하기 위해, 배향 마크를 덮는 흑색 감광성 수지는 제조 공정을 더 복잡하게 하지만 제거해 버린다. 또 다른 해결책으로서, 흑색 감광성 수지를 배향 마크를 커버하지 않도록 도포할 수 있다. 예를 들면, 흑색 감광성 수지는 롤 코터(roll coater)를 사용하여 선택적으로 기판상에 도포될 수 있다. 그러나, 수지를 도포하는 스핀 코팅법과 비교할 때, 롤 코우터를 사용하는 방법은 균일한 두께의 층을 제조하는데에는 불리하다. 상술한 바와 같이, 제조 공정을 더 복잡하게 하거나, 공정의 정확도를 저하시키지 않고 소망 위치에 고분자벽을 형성하기가 어려웠다.

또한, 종래의 ASM 모드 액정표시장치의 제조방법에서는, 기판상에 형성된 고분자벽이 액정셀의 갭에서 액정재료의 주입에 대한 방해로 되는 경우가 있다. 결과적으로, 액정재료를 주입하는데 필요한 시간은 길어지고, 출력량을 감소시킨다.

본 발명의 한 측면에 따르면, 액정표시장치는 제1 기판, 제2 기판 및 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 제1 기판은 투명 수지로 된 고분자벽을 포함하고, 액정층은 상기 고분자벽에 의해 분할된 복수의 액정층을 포함하며 상기 고분자벽의 최고 높이는 실질적으로 상기 액정층의 두께보다 작다. 상기 복수의 액정영역내의 액정분자는 상기 제1 기판의 표면에 실질적으로 수직인 축을 중심으로 축대칭 배향되고, 상기 액정층의 액정분자는 상기 고분자벽의 상부 또는 상면에 배치된다.본 발명의 한 실시예에서, 고분자벽은 제1 기판의 표면에 대해 경사진 측면을 갖는다.

본 발명의 한 실시예에서, 제1 기판의 표면에 대해 경사진 고분자벽의 측면의 경사각도는 3° 내지 45°의 범위에 있다.

본 발명의 다른 실시예에서, 액정층은 네가티브 유전 이방성을 갖는 액정재료를 갖는다.

본 발명의 다른 실시예에서, 주상돌기는 액정층측의 고분자벽의 적어도 일부상에 제공된다. 제1 및 제2 기판 사이의 갭은 고분자벽과 주상돌기에 의해 정의된다. 고분자벽의 높이는 주상돌기의 높이보다 낮다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 액정표시장치 제조방법이 제공된다. 액정표시장치는 제1 기판과 제2 기판, 상기 두 기판사이에 개재된 액정층을 포함한다. 액정층은 고분자벽에 의해 분할된 복수의 액정영역을 포함한다. 상기 방법은 상기 제1 기판상의 투명수지층을 형성하고 투명수지층을 패터닝하여 고분자벽을 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명의 한 실시예에서, 투명수지층은 감광성 투명수지이다. 포토리소그라피법이 고분자벽을 형성하기 위해 사용된다.

이하, 본 발명의 동작을 설명한다.

본 발명에 따르면, 축대칭으로 된 액정분자를 배향하는 고분자벽이 투명재료로 형성된다. 따라서, 고분자벽상에 배향된 액정분자는 화상표시에 기여하도록 한다. 결과적으로, 고분자벽이 투명하지 않은 경우와 비교할 때 표시의 휘도를 현저히 향상시킬 수 있게 된다.

또한, 고분자벽이 기판의 표면에 관해 측 표면을 가질 때, 액정영역의 주변부를 따라 고분자벽 근방에 존재하는 액정분자의 배향의 교란이 적게 발생한다. 또한, 액정영역의 주변부를 따라 광누출을 실질적으로 제거할 수 있다. 결과적으로, 흑표시에서 더 높은 콘트라스트를 달성하여, 표시품위가 향상된다.

고분자벽의 경사진 측면을 약 3°내지 45°범위의 각도로 함으로써, 안정된 축대칭배향을 실현할 수 있다. 게다가, 경사각도를 상대적으로 작은 값으로 하여, 고분자벽의 높이를 낮출 수 있다.

고분자벽의 높이를 낮춤으로써, 투명 고분자벽 일부를 통해 전달된 빛의 감쇄를 억제할 수 있다. 결과적으로, 투과율이 향상되어, 표시휘도가 향상된다.

본 발명이 플라즈마 어드레스 액정표시장치에 적용될 때, 특히 액정층에 인가된 전압은 고분자벽의 높이가 플라즈마셀과 표시셀간에 위치한 중간층(약 50㎛의 두께를 갖는 유전시트)의 영향때문에 낮아짐에 따라 더 높아진다. 고분자벽의 전체 액정셀의 두께에 대한 비를 충분히 작은 값으로 하여, 고분자벽으로 둘러싸인 영역내의 액정층의 전압-투과율 특성과 고분자벽에 대한 액정의 전압-투과율 특성이 서로 매우 유사하게 된다. 결과적으로, 표시휘도에 대한 고분자벽의 액정분자의 기여도가 향상될 수 있다.

따라서, 본 발명은 (1)충분한 휘도를 갖는 광시야각의 액정표시장치, 및 (2)그러한 액정표시장치를 제조하기 위한 방법을 제공하는 이점을 갖는다.

본 발명의 다른 이점은 당업자에게 첨부도면과 이하의 발명의 상세한 설명을 통하여 명백할 것이다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예의 액정표시장치의 개략적인 단면도.

도 2a 내지 2d는 본 발명에 따른 ASM 모드 액정표시장치의 동작 원리를 나타내는 도면으로,

도 2a는 인가 전압이 없는 상태에서 액정표시장치를 나타내는 단면도.

도 2b는 편광 현미경으로 관찰한(크로스 니콜 상태:crossed Nicols state), 인가 전압이 없는 상태에서의 액정표시장치를 도시한 도면.

도 2c는 전압 인가시에 액정표시장치를 나타내는 단면도.

도 2d는 전압 인가시에, 편광 현미경으로 관찰한(크로스 니콜 상태) 전압 인가시의 액정표시장치를 나타낸 단면도.

도 3a 및 3b는 각각 액정 영역내의 액정분자의 배향을 나타내는 개략도.

도 4는 본 발명에 따른 액정표시장치의 액정영역의 모델의 개략도로서, 액정층 영역에서 액정분자의 배향상태를 나타내는 도면.

도 5는 본 발명에 따른 액정표시장치의 전압-투과율 커브를 도시한 그래프.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에서 제조된 액정셀을 편광현미경으로 관찰한(크로스니콜 상태) 개략도.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에서 플라즈마 어드레스 액정표시장치의 개략도.

도 8a 및 8b는 본 발명의 제2 실시예에서 플라즈마 어드레스 액정표시장치에서 사용되는 표시셀을 도시한 개략도로서, 도 8a는 그 단면도이며, 도 8b는 그 평면도

도 9a 및 9b는 본 발명의 제2 실시예에서 플라즈마 어드레스 액정표시장치의 고분자벽의 높이의 영향을 나타내는 도면으로, 도 9a는 플라즈마 어드레스 액정표시장치의 개략 단면도이고, 도 9b는 등가회로를 나타내는 도면.

도 10a 내지 10i는 종래의 ASM 모드 액정표시장치를 제조하는 방법을 나타내는 도면.

도 11은 종래의 칼라 필터 기판을 나타내는 단면도.

이하, 본 발명을 첨부 도면을 참조하여 그 실시예를 통해 설명한다.

실시예 1

도 1은 본 발명에 따른 실시예 1에서 액정표시장치(100)의 단면도를 개략적으로 도시하고 있다. 본 실시예에서는 네가티브 유전 이방성을 갖는 액정재료를 사용한 구조와 수직배향막이 도시되어 있는데, 본 발명은 물론 이에 한정되지 않는다.

액정표시장치(100)는 제1 기판(100a), 제2 기판(100b) 및 그 사이에 개재된, 네가티브 유전 이방성을 갖는 액정 분자(도시안됨)를 포함하는 액정층(30)을 포함한다. 제1 ITO(인듐 주석 산화물) 투명 전극(12)은 제1 투명 기판(10: 예를 들면, 유리 기판)의 표면상의 액정층(30) 측에 형성된다. 제1 투명 전극(12)상에, 투명 수지 재료의 투명 고분자벽(16)이 형성된다. 투명 고분자벽(16)은 액정층(30)을 복수의 액정 영역(30a)으로 분할하고, 액정영역(30a)내에서 액정분자를 축대칭으로 배향하는 효과를 갖는다. 다시 말하면, 액정영역(30a)은 고분자벽(16)에 한정되고 고분자벽(16)은 액정영역(30a)을 실질적으로 둘러싼다. 액정영역(30a)은 화소영역에 대응하도록 통상 형성된다. 주상돌기(20)는 고분자벽(16)의 상부 표면상에 선택적으로 형성되어, 액정층(30)의 두께(즉, 셀 갭)를 정의하도록 한다. 본 실시예에서, 고분자벽(16)의 높이는 주상돌기(20)의 그것보다 낮도록 결정된다. 상술한 구성요소가 액정층(30)측상의 제1 기판(100a)의 표면상에 형성된 후에, 액정층(30)내에서 액정분자(도시안됨)를 배향하기 위한 수직 배향막(18)이 적어도 제1 투명전극(12)과 투명 고분자벽(16)을 피복하도록 배치된다.

제2 기판(100b)은 다음과 같이 형성된다. 제2 ITO 투명전극(42)은 제2 투명 기판(40)(예를 들면, 유리 기판)의 표면상의 액정층(30)측에 형성된다. 또한, 수직배향막(48)은 제2 투명전극(42)을 피복하도록 배치된다.

고분자벽(16)은 예를 들면, 화소 영역에 대응하도록 격자패턴내에 배치된다. 그러나, 고분자벽(16)의 배열은 이에 한정되지 않는다. 주상돌기(20)는 충분한 강도를 얻도록 적절한 밀도를 갖고 형성되어야만 한다.

액정층(30)을 구동하기 위한 제1 전극(12)과 제2 전극(42)의 구조와 구동방법으로서, 공지된 전극구조 및 구동방법이 구현될 수 있다. 예를 들면, 액티브 매트릭스형 또는 단순 매트릭스형이 적용가능하다. 플라즈마 어드레스 타입은 후술되는 본 발명의 제2 실시예로서 응용가능하다. 이후에 상술되는 대로, 플라즈마 어드레스 타입의 경우에, 플라즈마 방출 채널은 제1 전극(12) 또는 제2 전극(42) 대신에 제공된다. 제1 기판(10)과 제2 기판(40)은 전극 구조와 이용된 구동방법의 타입에 따라 스위칭 될 수 있다; 즉, 투명 고분자벽(16)과 주상돌기(20)는 제2 기판(40)상에 형성될 수 있다.

본 발명에 따른 실시예 1에서 액정표시장치(100)의 동작은 도 2a 내지 2d를 참조하여 설명될 것이다. 액정영역(30a)에 인가된 전압이 없는 경우에는, 도 2a에 도시된 바와 같이, 액정분자(33)가 배향력(고착력:anchoring force)에 의해 수직배향막(18 및 48)으로부터 기판(100a, 100b)에 실질적으로 수직인 방향으로 배향된다. 크로스 니콜 상태에서 편광현미경으로 관찰될 때, 전압무인가시의 액정영역 (30a)은 도 2b에 도시된 바 대로, 암시야(노멀리 블랙모드)를 나타낸다. 그레이 레벨을 표시하기 위한 전압이 인가될 때, 힘은 네가티브 유전 이방성을 갖는 액정분자(33)에 대해 가해져, 액정분자(33)가 그 장축이 전계의 방향에 수직이 되도록 배향된다. 그 결과, 분자(33)는 도 2c에 도시된 바와 같이(그레이 레벨 표시 상태), 기판에 실질적으로 수직인 방향으로부터 경사진다. 이 때, 고분자벽(16)의 효과로 인해, 액정영역(30a)내의 액정분자(33)는 도 2c에서 점선에 의해 나타난 중앙축(35)에 관해 대칭으로 배향된다. 크로스 니콜 상태에서 편광 현미경으로 관찰할 때, 이 상태에서의 액정영역(30a)내의 액정분자(33)는 편광축을 따라 도 2d에 도시된 바와 같이 소광 패턴(600)을 나타낸다.

여기에서 사용된 '축대칭 배향'은 동심원상 배향, 방사상 배향등을 말한다. 또한, 도 3a 및 3b에 도시된 나선 배향 또한 포함된다. 나선 배향은 키랄 불순물을 액정 재료에 혼합하여 트위스트 배향력을 얻도록 하여 얻어질 수 있다. 액정 영역(30a)의 상부(30T) 및 하부(30B)에서, 액정분자(33)는 나선 패턴으로 배향되며, 중부(30M)에서는 도 3b에서 도시된 바와 같이 동심원상으로 배향된다. 따라서, 액정층의 두께 방향에 대해 트위스트 배향된다. 축대칭 배향의 중심축은 일반적으로 기판의 법선 방향과 실질적으로 일치한다.

액정분자를 축대칭으로 배향함으로써, 시야각특성이 향상될 수 있다. 액정분자가 축대칭으로 배향될 때, 액정분자의 굴절율 이방성은 전방위각 방향에서 평균화된다. 따라서, 종래의 TN 모드 액정표시장치의 그레이 레벨 표시상태에서 보는 바와 같이, 방위각 방향에 따른 크게 다른 시야각특성을 갖는 문제는 없다. 수평 배향막과 포지티브 유전이방성을 갖는 액정재료가 사용될 때, 전압 무인가시조차 축대칭 배향을 얻을 수 있다. 축대칭 배향이 인가 전압이 있을 때 발생하면, 시야각특성이 얻어질 수 있다.

이후, 본 발명의 액정표시장치의 고분자벽(16)의 구성과 고분자벽 주위의 액정분자의 행동이 상술된다.

도 4는 도 1에서 도시된 액정표시장치에서 고분자벽(16:즉, 액정영역(30a) 주위의 영역) 근방의 부분확대도이다. 도 4에서 도시된 바와 같이, 수직배향막(18)으로부터의 배향력(고착력)으로 인해, 액정분자(33)는 제1 투명기판(10)상에 형성된 제1 투명 전극(12)의 표면(12a); 고분자벽(16)의 측면(16s) 및 전압 무인가시 고분자벽(16)의 상부 표면(16t)에 수직으로 배향된다.

본 실시예에서, 고분자벽(16)은 투명재료로 형성된다. 고분자벽(16)은 예를 들면, 0.5㎛의 두께를 갖고 약 99.5% 이상의 광투과율을 갖는 투명수지재료(예를 들면, 아크릴 네가티브형 감광성 수지)막을 패터닝함으로써 형성된다. 이러한 높은 투과율로 인해, 기판에 수직인 방향으로 고분자벽(16)을 통해 투과되는 광은 이러한 부분의 실질적인 감쇄없이 액정셀을 통과한다. 따라서, 액정표시장치의 정면의 휘도를 향상시키는 것이 가능하다. 또한, 적어도 액정분자의 일부가 측면(16s)상에 존재하고 고분자벽(16)의 상부표면(16t)이 화상표시에 기여하도록 될 수 있다. 따라서, 액정표시장치의 개구율을 향상시키는 것이 가능하다. 고분자벽(16)은 바람직하게 98% 이상 그리고 더 바람직하게는 99% 이상의 가시광에 대한 광투과율을 가진다. 또한, 레지스트로서 감광성이 없는 투명수지를 패터닝함으로써 벽을 형성하는 것이 가능하다. 그러나, 감광성을 갖는 투명 수지를 사용하여, 제조공정을 단순화할 수 있다.

본 발명의 실시예 1에서, 고분자벽(16)은 기판 표면에 관해 경사각도 θ(테이퍼 각도 θ)에서 측면(16s)을 갖는다. 전압 무인가시에, 복수의 액정분자(33)의 프리틸트각(투명 전극표면(12a)에 관한)은 측면(16s)과 투명전극표면(12a)이 만나는 영역(도 4에서 A로 도시된 영역) 근방에 위치하며, 고분자벽(16)의 경사각도 θ에 따른다. 경사각도 θ가 크면, 투명전극표면(12a)에 대한 액정분자의 프리틸트각(약 90°)과 측면(16s)상의 액정분자의 프리틸트각[약 (90-θ)°]간의 차이는 커진다. 그 결과로, 도 4에서 A로 도시된 영역에서, 인접 액정분자의 프리틸트각은 크게 달라지게 되고, 액정분자(33)의 프리틸트각은 급격하게 간헐적으로 변화한다. 따라서, 영역에서 액정분자(33)의 배향교란이 발생한다. 그러나, 본 실시예에서 고분자벽(16)의 경사각도 θ는 45°이하로 설정된다. 이러한 경우에, 영역(A)에서 서로 인접한 액정분자(33)의 프리틸트각은 상대적으로 연속적으로 변화할 수 있다. 그 결과, 액정분자(33)의 배향교란은 덜 발생하게 되어, 축대칭 배향상태를 안정화할 수 있다. 따라서, 액정영역(30a)의 주변부(A로 도시된)를 따르는 광 누출을 실질적으로 감소시킬 수 있어, 흑표시에서 콘트라스트를 증가시키고 표시품위를 향상시킨다. 고분자벽의 경사각도가 약 3°이하로 되면, 액정분자(33)의 축대칭배향을 안정하게 제어하기 위한 벽표면효과가 상실되는 것에 주목해야한다. 따라서, 고분자벽(16)의 경사각도(θ)는 보다 바람직하게는 약 3°이상이다.

경사각도 θ가 감소됨에 따라, 고분자벽(16)의 높이(h)를 가능한한 낮게 감소시키는 것이 바람직하다. 고분자벽(16)의 높이(h)를 낮춤으로써, 고분자벽(16)에 의해 유발된 고분자벽(16)상의 액정층(30)에 인가된 네트 전압의 강하를 감소시킬 수 있다. 다시 말하면, 투명전극표면(12a)상의 액정층에 인가된 전압과 고분자벽(16)상의 액정층에 실질적으로 인가된 전압은 더 근접할 수 있다. 그 결과, 고분자벽(16)상의 액정층의 전압-투과율 특성은 투명전극표면(12a)상의 액정층(30)의전압-투과율 특성에 근접하여, 표시에 기여하는 고분자벽(16)상의 액정분자(30)의 비율을 증가시킨다. 또한, 고분자벽(16)의 높이(h)가 낮아지면, 고분자벽(16)을 통해 전송된 광의 감쇄가 감소될 수 있다. 따라서, 투과율은 표시가 더 밝아지도록 향상된다. 보다 바람직하게, 고분자벽의 높이는 액정층(30)의 두께(셀 갭)의 절반 이하이다.

이하, 본 발명의 실시예 1에 따른 액정표시장치(100)의 제조방법에 관해 상술한다. 제1 기판(100a)은 다음과 같은 방식으로 형성된다. 우선, ITO 막이 제1 투명기판(10:예를 들면, 유리기판)상에 증착된다. 다음, ITO 막이 약 100nm 두께를 갖는 제1 투명 전극(12)를 형성하도록 패터닝된다. 그리고 나서, 약 0.5 ㎛의 두께를 갖는 아크릴 네가티브형 감광성 수지(예를 들면, 후지필름 오린 컴패니 리미티드에서 제조된 CT)가 스핀 코터(spin coater)에 의해 제1 투명 전극(12)위로 인가되고 약 120초 동안 약 130°에서 프리베이크(prebake)된다. 프리베이크 과정후에, 약 0.5㎛의 두께와 약 99.5%의 투과율을 갖는 수지층이 얻어진다. 또한, 수지층은 소정 고분자벽 패턴을 갖는 광마스크를 사용하여 자외선에 근접 노광(proximity exposure)되고 현상된다. CD(후지필름 오린 컴패티 리미티드)는 현상액으로 사용되며, 약 60초동안 현상이 처리된다. 결과적인 기판이 세척되고 건조된 후, 약 1시간정도 230℃에서 포스트베이크된다(postbake). 고분자벽(16)[높이:약 0.5㎛, 경사각도 약 3 °, 너비:약 20 ㎛]은 기판에 대해 경사진 측면을 가지며 실질적으로 액정영역(30a)을 둘러싸고 있는데, 제1 투명 기판(10)상에 형성된다. 고분자벽(16)은 경사진 측면의 경사각도가 약 3°내지 45°의 범위에 있도록 형성된다. 이것은 기판표면과 근접 노광을 위해 사용된 마스크 사이에 갭(즉, 프록시 갭:proxy gap)을 조정하여 달성하고, 재료를 인가한 후에 프리베이크 온도를 최적화시킨다. 투과율을 고려할 때, 고분자벽(16)의 높이는 낮은 것이 바람직하다. 따라서, 예를 들면, 약 0.7㎛의 높이와 경사 각도 4°또는 높이 약 1.0㎛와 경사 각도 약 5°의 조합에서 알 수 있듯이, 약 10 °이하의 경사각을 갖는 것이 바람직하다.

각 액정층 영역(30a)의 크기는 약 160㎛ x 약 140 ㎛에서 설정된다. 주상돌기(20)는 감광성 수지를 사용한 포토리소그라피 방법에 의해 고분자벽(16)상에 패터닝된다. 감광성 수지의 두께는 주상돌기(20)의 높이와 같은데, 약 5.5㎛로 설정된다. 제1 투명 전극(12), 고분자벽(16) 및 주상돌기(20)가 JALS-204(JSR사 제품) 등의 제1 투명 기판(10)상에 모두 형성된 후에, 수직배향막(18)을 제공하도록 스핀 코팅된다.

제2 기판(100b)은 제2 투명 기판(40: 예를 들면, 유리 기판) 상에 ITO막을 형성하고, 약 100 ㎚의 두께를 갖는 제2 투명 전극(42)를 형성하도록 ITO막을 패터닝하고, 수직 배향막(48)을 형성하도록 그 위로 JALS-204(JSR사 제품)로 스핀 코팅함으로써 형성된다.

상술한 방식으로 형성된 제1 기판(100a)과 제2 기판(100b)을 서로 접합한다. 제1 기판(100a)과 제2 기판(100b)간의 갭은 제1 기판(100a)상에 형성된 고분자벽(16)의 높이와 고분자벽(16)보다 높도록 형성된 주상돌기(20)의 높이의 합에 의해 결정된다. 본 실시예에서, 셀 갭은 약 6㎛로 설정된다. n형 액정재료(Δε= -4.0 및 Δn= 0.08을 갖도록 서로 혼합된 키랄 도펀트를 갖고, 약 6㎛의 셀 갭내에서 약 90°이도록 조정된 트위스트 각을 갖는)는 제1 기판(100a)과 제2 기판(100b) 사이의 갭으로 주입된다. 본 실시예에서, 주상돌기(20)(약 5.5 ㎛)는 고분자벽(16)(약 0.5㎛) 보다 충분히 높도록 형성된다. 따라서, 액정 재료의 주입에 대한 고분자벽(16)의 마찰저항은 감소되고, 주입고정을 위해 요구되는 시간은 상대적으로 짧아서, 제조량이 증가한다.

본 발명의 본 실시예에 따른 액정표시장치(100)에서, 액정분자는 보다 바람직하게는 각 액정영역(30a)에서 단일 중앙축에 관한 축대칭으로 배향된다. 다음 동작은 보다 바람직하게는 각 액정영역(30a)에서 단일 중앙축을 형성하도록 수행된다.

전압 인가시에 액정 재료의 단순한 주입은 각 액정영역(30a)의 각각내에 복수의 중앙축과 그로 인한, 액정영역(30a)내의 복수의 축대칭배향 영역을 유발시킨다. 복수의 중앙축 영역이 하나의 액정영역내에 형성되면, 도 5에 도시된 전압-투과율 곡선은 히스테리시스 특성, 즉, 동일한 인가 전압이 전압이 증가하는지 또는 감소하는지에 따라 서로 다른 투과율값을 유발시킨다. 점차적으로 증가하는 전압이 액정셀(액정재료가 단순히 주입되는)을 통해 인가될 때, 복수의 중앙축이 먼저 형성되고 약 1/2 Vth(Vth: 최대 투과율에 관해 약 10%의 상태 투과율이 얻어지는 임계 전압) 이상의 계속적인 인가후에, 중앙축(35)은 고분자벽(16)에 의해 정의된 액정영역(30a) 각각에서 단일 중앙축(35)이 된다. 따라서, 약 1/2 Vth 이상의 전압을 인가함으로써 대칭적인 배향 처리를 수행하는 것이 바람직하다. 게다가, 본발명의 실시예 1에서의 액정표시장치(100)는 1/2 Vth 부터 Vst(Vst:최대 투과율이 얻어지는 포화 전압)의 범위에서의 전압으로 구동되는 것이 바람직하다. 구동 전압이 1/2Vth 이하이면, 복수의 중앙축이 형성될 수 있어, 장치의 불안정한 전압-투과율 특성을 유발한다.

도 6은 전압 무인가시에 편광 현미경(크로스 니콜 상태)으로 관찰한 투과모드에서 실제로 제조된 액정표시장치의 액정영역(30a)을 개략적으로 도시한 것이다. 전압 무인가시에 액정영역(30a)은 암시야(노멀리 블랙모드)를 나타낸다. 도 6에서, 고분자벽(16)과 액정영역(30a)을 구분하기 위해, 모식적으로 서로 다른 모양을 부여하고, 고분자벽(16)과 액정영역(30a)간의 경계를 명확하게 나타내고 있지만, 실제로 크로스 니콜상태의 편광현미경관찰에서는 고분자벽(16)과 액정영역(30a)간의 경계가 관찰되지 않는다. 도 6에 도시된 바와 같이 흑표시상태에 있어서, 표시셀 전체로 광누출은 보이지 않으므로, 높은 콘트라스트비의 표시가 얻어진다.

실시예 2

도 7은 실시예 1의 액정표시장치가 적용되는 플라즈마 어드레스 액정표시장치를 나타내는 개략도이다. 도 7에 도시된 플라즈마 어드레스 액정표시장치(200)는 화소 신호에 따르면 출력광으로 입사광을 변조함으로써 화소표시를 수행하는 표시셀(200a), 화소를 주사(또는 어드레싱)하기 위한 플라즈마 셀(200b)을 포함하는 플랫 패널 구조를 가진다. 이 표시셀(200a)과 플라즈마 셀(200b)은 중간시트(53)를 가진다. 중간시트(53)는 표시셀(200a)의 하부기판과 플라즈마셀(200b)의 상부기판으로 기능한다.

플라즈마셀(200b)은 기판(55), 중간시트(53)와 분할벽(57)에 의해 둘러싸이고 행으로 배열된 배출 채널(65)을 포함한다. 플라즈마셀(200b)은 선형순차방식으로 표시셀(200a)을 주사하도록 플라즈마 배출을 연속적으로 발생시킨다. 각 배출 채널(65)은 애노드 전극(A)간의 행 형상의 공간내에 배치된 애노드 전극(A) 및 캐소드 전극(K)을 가진다. 도면에는 도시되어 있지 않지만, 애노드 전극(A)과 캐소드 전극(K)으로 전압을 인가하여 플라즈마 배출을 발생시키기 위한 전원 회로와 주사 과정을 제어하기 위한 주사회로 등이 각각 제공된다. 플라즈마 어드레스형 액정표시장치(200)를 구동하기 위한 소자는 종래의 플라즈마 어드레스형 액정표시장치에서 사용된 소자일 수있다. 플라즈마 어드레스형 액정표시장치는 예를 들면, 일본 공개공보 평성 제4-128265호에 개시되어 있다.

표시셀(200a)은 행으로 배열된 배출 채널(65)과 수직으로 교차하도록 열로 배열된 신호 전극(70)을 포함하여, 각 교차부에서 화소를 정의한다. 액정층(60)의 각 화소는 중간시트(53)를 통해 배출 채널(65)로부터 선형 순차방식으로 인가된 전압과 상기 선형 순차 주사와 동기하여 신호 전극(70)으로 화소 신호를 인가하기 위한 단일 전압으로 구동된다. 표시셀(200a)은 실시예 1에서의 액정표시장치(100)의 제2 기판(100b)이 플라즈마셀(200b)에 의해 대치되는 구조를 가진다.

플라즈마셀(200b)은 유리기판(55)[분할벽(57), 애노드 전극(A) 및 캐소드 전극(K)이 제공되는]을 중간시트(53)의 하부표면에 부착하여 구성된다. 표시셀(200a)은 유리 기판(72)(신호 전극(70)과 고분자벽(도시안됨)이 제공되는)을 중간 시트(53)의 상부표면에 부착하여 구성된다. 유리 기판(72)과 중간시트(53) 간의갭은(액정층(60)의 두께 또는 셀 갭) 고분자벽과 고분자벽 상에 제공된 주상돌기(도시안됨)의 합으로 정의된다. 고분자벽과 그 위의 주상돌기는 고분자벽(16)과 도 1의 주상돌기(20)와 실질적으로 동일한 구조를 갖는다. 실시예 2에서, 칼라 필터층(73)은 신호전극(70)과 유리 기판(72) 사이에 제공된다.

이하, 표시셀(200a)의 제조방법은 도 8a 및 8b를 참조하여 설명될 것이다. 도 8a는 표시셀(200a)의 개략적인 단면도이며, 도 8b는 그 평면도이다. 도 8a는 도 8b의 X-X선을 따라 취한 단면에 대응한다.

JALS-204(JSR사 제조)는 유리 기판(50)상에 스핀코팅되어, 수직배향막(58)을 형성하도록 되어, 중간층(53)이 얻어진다. 약 100nm 두께를 갖는 ITO 투명전극(70)은 칼라 필터층(73)이 형성된 유리기판(72)상에 형성된다. 다음에, 그 측에 테이퍼형 부분을 갖는 고분자벽(76)은 실질적으로 액정층(80a)을 둘러싸고 있으며, 실시예 1과 유사한 방식으로 도 8a 및 8b에 도시된 바와 같이 유리기판(72)상에 형성된다. 액정영역(80a)의 크기는 약 160㎛ x 약 140㎛ 이도록 설정된다. 실시예 2에서, 고분자벽(76)은 투명수지로 형성된다; 따라서, 고분자벽(76)을 위치시키기 위한 배향마크는 투명수지가 전체표면위로 도포될 지라도 눈에 보이게 남아있어, 제조단계의 수를 증가시키지 않고 패터닝시에 벽을 정확하게 위치시킬 수 있다. 결과적으로, 고분자벽(76)은 소망위치에 형성된다.

다음, 실시예 1과 유사하게, 주상돌기(90)는 고분자벽(76)상에 형성된다. 주상돌기(90)는 칼라 필터층(73)의 블랙매트릭스(도시안됨)가 형성되는 영역 바로위에 배치되도록 형성됨으로써, 주상돌기(90)의 존재로 인해 표시장치의 휘도가 감소하는 것을 방지할 수 있다. 도 8b에 도시된 바와 같이, 고분자벽(76)과 주상돌기(90)는 실시예 2에서 형성되었지만, 고분자벽(76)과 주상돌기(90)의 위치는 이에 한정되지 않는다.

수직배향막(78)은 고분자벽(76)을 포함하는 유리 기판(72)과 그 위에 제공된 주상돌기(90)상에 형성된다. 결과적인 표시셀(200a)과 플라즈마셀(200b)은 중간시트(53)를 통해 서로 부착되고 n-형 액정재료(Δε= -4.0 및 Δn= 0.08을 갖도록 서로 혼합된 키랄 도펀트를 갖고, 약 6㎛의 셀 갭내에서 약 90°이도록 조정된 트위스트 각을 갖는)가 액정표시층(60)으로 주입되어, 플라즈마 어드레스 액정셀을 제조한다.

약 40 볼트의 전압은 제조된 표시셀을 통해 인가되어, 축대칭배향을 위한 배향축을 정의하도록 한다. 전압 인가 직후에, 복수의 배향축이 초기에 형성된다. 계속된 전압인가후에, 각 액정영역(80a)이 형성되는데, 각 영역은 하나의 배향축만이 축대칭 배향영역['모도도메인(monodomain)']을 갖는다.

본 발명이 플라즈마 어드레스 액정표시장치에 적용될 때, 고분자벽(76)의 두께는 특히, 표시 특성에 영향을 미친다. 도 9a 및 9b에 따르면, 액정층(60)에 인가된 전압 V_LC가 상술한 플라즈마 어드레스형 액정표시장치의 고분자벽(76)의 높이가 낮아지는 경우에 어떻게 변화하는지에 대해 설명된다.

ε_LC, ε_P및 ε_g는 액정층(60), 고분자벽(76) 및 중간시트(53)의 유전상수를 나타내며, d_LC, d_P및 d_g는 액정층(60), 고분자벽(76) 및 중간시트(53)의 각 두께의합을 나타낸다(d=d_LC+d_P). 유전상수는 각 물질 특유의 값이다. d가 고정되고 고분자벽(76)의 높이(d_P)가 낮아질 때, 고분자벽(76)상의 액정층(60)의 두께(d_LC)는 상대적으로 증가하여, 액정층(60)에 인가된 전압도 증가한다. 고분자벽(76)의 높이가 낮아짐에 따라, 그 위의 액정층(60)에 인가된 전압도 고분자벽(76)에 의해 축대칭으로 배향된 액정영역(80a)내의 액정분자를 포함하는 부분에 인가되는 전압에 근접하게 된다. 따라서, 양 부분의 전압-투과율 특성은 유사하게 된다. 그 결과, 축대칭으로 배향되는 액정영역(80a)이외의 부분(예를 들면, 고분자벽(76)상의)은 액정셀에 인가된 전압(V)이 턴온 또는 턴오프될 때 표시에 기여할 수 있도록 한다. 고분자벽(76)의 경사각도가 실시예 1에서 대략 3°내지 45°로 설정될 때, 고분자벽(76) 근방에서 액정분자의 배향교란을 제거할 수 있다. 따라서, 고분자벽(76)을 형성하기 위한 재료가 투명할 지라도, 전압 무인가시의 배향 교란으로 인한 광누출은 없게 되며(즉, 수직으로 배향되지 않은 액정분자에 의한), 그로 인해 하이 콘트라스트비를 유지하면서 표시장치의 휘도를 향상시킨다.

편광판이 크로스 니콜 상태의 액정표시셀의 각측에 제공되어, 액정표시장치가 제조된다. 투과 모드에서 실제로 제조된 액정셀의 액정영역(80a)은 전압무인가시에 편광 현미경(크로스 니콜 상태)으로 관찰되면, 전체 표시셀을 통틀어 흑표시상태에서 실질적인 광누출이 관찰되지 않으며 도 5에 도시된 실시예 1에서 도시된 바와 같이 하이 콘트라스트가 얻어진다. 80 볼트의 전압이 액정셀에 인가되면, 휘도는 약 100 니트가 된다. 따라서, 휘도는 그 고분자벽(16)이 흑수지로 형성된 종래의 액정셀의 휘도인 약 60니트와 비교할 때 약 80% 정도 증가한다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, ASM 모드액정표시장치의 휘도를 향상시킬 수 있다. 게다가, 본 발명이 특히 플라즈마 어드레스형 액정표시장치에 적용될 때, 더 밟은 표시와 더 높은 콘트라스트비를 갖는 플라즈마 어드레스형 액정표시장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 제조단계의 수는 증가되지 않고, 정확한 배향이 가능하여, 양산성을 갖는 액정표시장치장치를 제조하는 방법이 제공된다.

다양한 변경은 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명의 당업자에게 용이하게 이루어질 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 청구범위는 상술한 설명에 한정되지 않으며, 이하의 특허청구의 범위에 의해 넓게 해석되어야 한다.

Claims

제1 기판과 제2 기판; 및,

상기 제1 기판과 제2 기판사이에 개재된 액정층;

을 포함하고,

상기 제1 기판은 투명 수지로 된 투명 고분자벽을 포함하고,

상기 액정층은 상기 고분자벽에 의해 분할된 복수의 액정영역을 포함하고 상기 고분자벽의 최고 높이는 실질적으로 상기 액정층의 두께보다 작으며,

상기 복수의 액정영역내의 액정분자는 상기 제1 기판의 표면에 실질적으로 수직인 축을 중심으로 축대칭 배향되고,

상기 액정층의 액정분자는 상기 고분자벽의 상부 또는 상면에 배치되는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 고분자벽은 상기 제1 기판의 표면에 대해 경사진 측면을 갖는 액정표시장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 기판의 표면에 대해 경사진 고분자벽의 측면의 경사 각도는 약 3°내지 약 45°의 범위내에 있는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 상기 액정층은 네가티브 유전이방성을 갖는 액정재료를 갖는 액정표시장치.
제1항에 있어서, 액정층측의 고분자벽의 적어도 일부에 주상돌기가 제공되고, 상기 제1 및 제2 기판간의 갭은 고분자벽과 주상돌기에 의해 정의되며, 고분자벽의 높이는 주상돌기의 높이보다 낮은 액정표시장치.
제1 기판과 제2 기판; 및,

상기 제1 기판과 제2 기판사이에 개재되고 고분자벽에 의해 분할된 복수의 액정영역을 포함하는 액정층을 포함하는 액정표시장치의 제조방법에 있어서,

상기 제1 기판상에 투명수지층을 형성하는 단계; 및,

상기 투명수지층을 패터닝하여 상기 고분자벽을 형성하는 단계;

를 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
제6항에 있어서, 상기 투명수지층은 감광성의 투명수지층이고, 상기 고분자벽을 형성하기 위해 포토리소그라피법을 사용하는 제조방법.