KR100339472B1 - 트위스트네마틱액정디스플레이용화소보상기 - Google Patents

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Abstract

새로운 노멀리 화이트 듀얼 도메인 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이(700)는 종래의 듀얼 도메인 트위스티드 네마틱 디스플레이에 비해 광범위한 시야각에 걸친 계조 리니어 안정성 및 향상된 콘트라스트를 나타낸다. 상기 디스플레이는 액정셀에 대해 내측에 하나 이상의 화소 보상층들(735)을 포함한다. 화소 보상층은 그 보상층의 방향 또는 지연이 디스플레이의 액정 재료(755)의 경사 도메인 구조(780,785)에 따라 변화하는 패턴을 가진다. 이러한 화소 보상층(735)에 의해 다르게 배향된 액정 경사 도메인들 각각에 대한 최적의 보상이 가능해진다. 화소 보상층, 및 하나 이상의 비화소 보상층들이 디스플레이의 액티브 매트릭스 기판 또는 그의(패시브) 컬러 필터 기판(715,740)중 하나, 또는 그들의 조합체에 증착될 수 있다.

Description

트위스트 네마틱 액정 디스플레이용 화소 보상기{PIXELATED COMPENSATOR FOR TWISTED NEMATIC LIQUID DISPLAYS}
상대 계조 강도의 안정성 및 콘트라스트는 액정 디스플레이의 질을 결정함에 있어서 중요하게 기여한다. 액정 디스플레이에서 얻을 수 있는 콘트라스트를 제한하는 주된 인자는 블랙상태에서 디스플레이를 통해 누설되는 광량이다.
또한, 액정 장치의 콘트라스트비는 시야각에 따라 결정된다. 통상의 액정 디스플레이의 콘트라스트비는 입사 법선을 중심으로 좁은 시야각 내에서만 최대로 되고 시야각이 증가하면 감소된다. 이러한 콘트라스트의 손실은 큰 시야각에서 블랙 상태의 화소 소자를 통해 누설하는 광에 의해 야기된다. 컬러 액정 디스플레이에서는, 이러한 누설이 포화 및 계조 컬러 양자에 대해 심각한 컬러 시프트를 야기하는 것으로 알려겨 있다.
단일 경사 도메인 액정 디스플레이
종래 기술의 트위스트 네마틱 액정 디스플레이에서 수용가능한 계조 안정성을 갖는 관찰 영역은, 블랙상태의 누설에 의해 야기되는 컬러 시프트에 더하여, 액정 분자의 광학 이방성에 의한 그레이 레벨 트랜스미션의 큰 변화, 즉 시야각의 함수로 나타내지는, 휘도-전압 곡선에서의 시프트로 인해 극히 제한된다. 상기 변화는 종종, 최대의 수직 각도에서, 일부 그레이 레벨들이 그들의 트랜스미션 레벨을 역전시킬 정도로 극심해진다. 상기한 제한들은 파일럿 및 코파일럿(copilot) 양자의 시팅 위치들에서 콕피트(cockpit) 디스플레이의 관찰이 중요한 항공 전자 공학에서와 같이 매우 고품질 디스플레이를 필요로 하는 적용예들에서는 특히 중요하다. 상기한 바와같이 정보의 내용에 대해 고화질의 디스플레이를 이룩하기 위해서는 상대 그레이 레벨 트랜스미션이 시야각에 대해 가능한한 변화되지 않아야 한다. 광시야 범위에 걸쳐 고품질, 고콘트라스트 이미지를 제공할 수 있는 액정 디스플레이를 실현하기 위한 기술이 상당히 진보되고 있다.
도 1에 도시된 바와같이, 종래의 풀 컬러 단일 경사 도메인 디스플레이(100)는 편광자(105), 검광자(110), 액정셀(115), 및 가능한한 하나 이상의 보상층(120)을 포함한다. 액정셀(115)은 액티브 매트릭스 기판(125), 컬러 매트릭스 기판(130), 및 액정 재료(135)를 더 포함한다. (편광자(105) 및 검광자(110)는 모두 편광 전자기장이다. 그러나, 통상 '편광자'는 광원에 가장 근접한 편광 소자이고 '검광자'는 LCD의 관찰자에게 가장 근접해 있는 편광 소자를 의미한다.)
일반적으로, 액티브 매트릭스 기판(125)은 박막 트랜지스터, 투명 전극, 각 액정 디스플레이 소자를 활성화시키는 어드레스 라인, 및 배향층의 어레이상에 증착된다. 액티브 매트릭스 기판층(125)과 컬러 매트릭스 기판층(130)상의 배향층은 액정재료(130)에 대한 트위스트 네마틱 배향을 유도하는 조합체로 작용한다. 또한,컬러 매트릭스 기판(130)은 종종 블랙 매트릭스 코팅, 컬러 필터 매트릭스, 투명 전극, 및 배향층의 어레이상에 증착된다. 액티브 매트릭스 기판층 및 컬러 매트릭스 기판층(130)을 포함하는 소자들은 잘 알려져 있고 도 1 에 도시되지 않았으며; 본 발명에 따른 컬러 매트릭스 기판층의 유사 소자 갯수를 나타낸, 도 3 및 4를 참조하라.
듀얼 도메인 액정 디스플레이
종래의 LCD의 계조 리니어 특성을 향상시키는 한 방법은 멀티 도메인 액정 디스플레이 수단을 제공하는 것이다. 듀얼 도메인 LCD의 기본 구조는 도 1에 도시된 디스플레이의 구조와 매우 유사하며, 도 2에 도시된 바와같이 일부 다른 점이 있다. 네마틱 분자들의 집합(200)은 한쌍의 기판들(205,210) 사이에 배치된다. 하나의 기판(205)은 두개의 러빙 방향(215,220)을 가지며, 다른 기판(210)도 두개의 러빙방향(225,230)을 가진다. 러빙방향(215)은 러빙방향(220)에 대해 반대이다. 유사하게, 러빙방향(225)(도 2의 평면으로의 방향)은 러빙방향(230)(도 2의 평면 외측으로의 방향)과 반대이다. 러빙방향(215,220)은 각각 러빙방향(225,230)에 대해 90°로 배열된다, 이러한 타입의 러빙에 의해 액정층내에 두개의 경사 도메인(235,240)을 형성하며-따라서 "듀얼 도메인" 구조라 한다. 종래의 듀얼 도메인 액정 디스플레이는 편광자(245), 검광자(250), 상기 편광자(245)와 검광자(25) 사이에 배치된 하나 이상의 보상층(225)을 포함한다. 듀얼 도메인 구조를 형성하기 위한 다른 방법이, 예컨대 Koike등(SID 92 Digest, pp. 798-801, 1992 "최근 페이퍼: 도메인 분할형 트위스트 네마틱 구조를 갖는 풀 컬러 TFT-LCW") 및 Takatori등(Proceedings 12th Int, Display Res. Conf.- Japan Display 92, pp. 591-594, 1992 "광 시야각 계조를 갖는 보상형 TN LCD")의 간행물에 보고되어 있다.
듀얼 도메인 디스플레이의 기능은 디스플레이의 정 및 네가티브 수직 관찰 방향에 걸친 디스플레이의 그레이 레벨 동작을 평균화시키는 것이다. 이러한 평균화는 그레이 레벨 리니어 특성을 향상시키는 것으로 알려져 있다.
수직 시야계에 걸쳐 콘트라스트를 증가시키기 위해서는 정 및 네가티브 관찰 방향 양쪽에 대해 효과적인 보상이 필요하다. 또한, 기본적인 듀얼 도메인 구조에 의한 그레이 레벨 리니어 특성의 향상은 항공 전자 공학 및 거대한 워크 스테이션 디스플레이등의 여러 응용분야에 대해서는 부족한 것이다. 예컨대, Yang, Record 1991 Int. Display Res, Conf., San Diego, CA, pp, 68-72, 1991 "액티브 매트릭스 응용을 위한 듀얼 도메인 트위스트 네마틱 및 경사 호메오트로픽 액정 디스플레이"를 참조하라.
계류중인 미국 특허출원, 시리얼 넘버 223,251호에서는, 0-판 보상기라 하는 경사 배향된 포지티브 복굴절 보상소자를 포함하는 새로운 보상기 구조를 개시한다. 0-판 보상기 구조는 그레이 레벨 리니어 특성을 상당하게 향상시키며 단일 도메인 트위스트 네마틱 LCD 제품의 관찰 방향의 큰 변화에 걸쳐서도 고 콘트라스트를 제공한다.
0-판 보상기의 광축(즉, 굴절율 타면의 주축)은 부분 구동 상태의 액정셀의 중앙 영역 근방의 액정 디렉터의 평균 배향에 대해 고정 방위를 가져야 한다. 그러한 방위 조건은 액정 디렉터의 방향이 두개의 도메인에서 다르기 때문에 종전의 0-판 보상 기술을 듀얼 도메인 액정 디스플레이 제품과 호환하여 사용할 수 없게한다. 0-판을 효과적으로 하기 위해서, 그의 광축의 방위는 액정 디렉터 방위에 대해 고정된 관계를 가져야 한다. 이 조건에 의해 "화소화된" 0-판 보상 소자를 필요로 한다. 즉, 각 화소내의 0-판의 방위는 두개의 경사 도메인들 사이에서 변화하게 된다. 따라서, 0-판은 교호하는 경사 도메인의 구조와 일치하는 패턴으로써 두개의 다른 방향을 갖는 두개의 분리된 영역들에 대해 공간적으로 패터닝되어야 한다.
또한, 유리 액정 디스플레이 기판의 두께(통상 1.1mm)에 대한 소형 화소 사이즈(통상 150㎛이하)로 인해, 액정 디스플레이 기판의 안쪽면상에 화소화된 0-판 보상기를 제조해야할 필요가 있다. 화소화된 0-판이 액정셀의 외측에 부착되면, 복잡한 패럴랙스 문제가 발생된다. 따라서, 0-판 기술이 듀얼 도메인 LCD에 사용되면, 액정셀 내측에 보상소자를 배치해야할 필요가 있다.
본 발명은 액정 디스플레이(LCD) 설계 분야에 관한 것으로, 더 구체적으로는 종래의 액정셀내에 박막 화소 보상 소자를 제공하기 위한 기술에 관한 것이다.
도 1은 종래의 단일 도메인 액정 디스플레이의 단면도,
도 2는 종래의 듀얼 도메인 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이의 단면도,
도 3 및 4는 본 발명에 따른 컬러 필터 기판의 단면도 및 평면도,
도 5는 도 3 및 4에 도시된 종류의 화소화된 컬러 필터 기판의 일 제조 공정을 나타낸 하이레벨 플로우 차트,
도 6은 본 발명의 부품 방향을 나타내도록 이용되는 좌표 시스템의 도면,
도 7은 본 발명에 따른 화소 보상기의 바람직한 실시예의 도면, 및
도 8은 도 7의 디스플레이 시스템의 예상 이소콘트라스트 곡선을 나타낸 도면이다.
본 발명의 노멀리 화이트 듀얼 도메인 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이는 종래의 듀얼 도메인 트위스티드 네마틱 디스플레이에 비해 광범위한 시야각에 걸친 계조 리니어 안정성 및 향상된 콘트라스트를 나타낸다. 상기 디스플레이는 액정셀에 대해 내측에 하나 이상의 화소 보상층들을 포함한다. 화소 보상층은 그 보상층의 방향 또는 지연이 디스플레이의 액정 재료의 경사 도메인 구조에 따라 변화하는 패턴을 가진다. 이러한 화소 보상층에 의해 다르게 배향된 액정 경사 도메인들 각각에 대한 최적의 보상이 가능해진다. 화소 보상층, 및 하나 이상의 비화소 보상층들이 디스플레이의 액티브 매트릭스 기판 또는 그의 (패시브) 컬러 필터 기판중 하나, 또는 그들의 조합체에 증착될 수 있다.
본 발명의 일 실시예를 액정 디스플레이의 액정셀의 컬러 매트릭스 기판상에 화소 및 비화소 보상 소자를 형성하도록 박막증착 기술을 이용한 경우에 대해 이하 설명한다. 명료화의 관점에서, 본 명세서에서는 실질적은 모든 특징에 대한 설명을 하지는 않는다. 물론, (어떤 개발 프로젝트등에서의) 실직적인 개선점에 있어서는, 시스템 및 비지니스 관련의 제한사항에 부응하기 위한 개발자의 특별한 목표 또는 부차적 목표를 달성하기 위한 여러 가지 설명 및 구체적인 결정을 반영하였다. 또한, 그러한 개발 노력은 복잡하고 장기간에 걸진 것이지만, 본 명세서의 기술을 갖는 통상의 개발자들에게는 장치 개발을 수행하는데 있어서 일상적인 일이다.
컬러 필터 기판
도 3 및 4는 본 발명에 따른 액정셀의 컬러 필터 기판(300)의 단면도 및 평면도이다. 이 도면들에 도시된 다른 부품들에 대해 이하 설명한다:
참조부호(305)는 통상의 광학 투명 기판이다. 광학 투명 기판(305)은 유리, 플라스틱등의 여러가지 통상적인 재료로 제조될 수 있다.
참조부호(310)는 블랙 매트릭스층이다. 블랙 매트릭스층(310)은, 예컨대 불투명 금속막, 다층 흡수막, 또는 염색 또는 착색된 흡수 필터로 구성된 통상의 층이다. 블랙 매트릭스층(310)은, 예컨대 박막 트랜지스터, 저장 커패시터, 및 어드레스 라인(도시안됨)등의 액정 디스플레이의 액티브 매트릭스 기판의 전자 소자들을 시각적으로 마스크하도록 설계된 패턴을 가진다. 또한, 블랙 매트릭스층(310)의 패턴은 액정 재료의 경사 도메인 바운더리에서 발생할 수 있으며, 편광 소멸, 산란, 및 셀을 통한 광 누설등을 야기할 수 있는 액정 디스클리네이션을 흐리게 하거나 또는 덮는 작용을 한다.
참조부호(315)는 0-판 보상층이다. 상기 보상층(315)은 30-60°사이의 각, 통상 45°의 각도로 광학 투명 기판(305)의 표면에 대해 경사진 각도로 배향된 광학 대칭축(단축방향으로 대칭)을 갖는 복굴절 박막층이다. 상기 0-판층(315)은 경사 증착 무기막, 적절하게 배향된 폴리머 액정재료, 또는 광이방성 유기 재료등의 여러가지 재료로 제조된다. 상기 0-판층(315)은 도 4와 관련하여 더 상세하게 기술된다.
참조부호(320)는 0-판 배향 화살표이다(315 참조). 0-판 층(315)은 그의 광학 투명 기판(305)의 평면의 굴절율 타원면 축선의 프로젝션 방향이 액정셀내의 액정재료의 듀얼-도메인 배향을 변화시키도록 패터닝된다. 이러한 방식으로 패터닝된 보상층이 화소로 된다.
참조부호(325)는 도 4에 상세하게 도시되는 바의 단일의 레드, 그린, 또는 블루 컬러 소자의 단면을 나타낸다.
참조부호(330)는 버퍼층이다. 0-판 층(315)이 무기 재료로 제조되면, 버퍼층(330)은 다른 재료들, 예컨대 0-판 층에 뒤이어 증착되는 재료들이 0-판 보상층을 관통함에 의해 야기될 수 있는 0-판 보상층의 열화를 방지하는데 유용하다. 예컨대, 버퍼층(330)은 폴리이미드, 파릴렌, 또는 폴리카보네이트의 박막으로 제조될 수 있다. 폴리이미드로 제조된 버퍼층(330)은 다음 보상층의 증착을 위한 얼라인먼트층으로 작용하도록 통상적으로 러빙된다.
참조부호(335)는 A-판 보상층이다. 도 3 및 4에 도시된 실시예에서, A-판층은 화소로 되지 않는다. 즉, A-판층에는 화소화된 0-판층(315)에서와 같은 공간적 패턴을 갖지 않는다. 일반적으로, A-판 보상층은 디스플레이 성능을 최적화하도록 패터닝된다. A-판 보상층은, 예컨대 버퍼층(330)상의 리액티브 네마틱 액정 재료의 박막의 캐스팅을 용해함에 의해 증착된다.
참조부호(340)는 컬러 필터 매트릭스층이다. 컬러 필터 매트릭스층은 블랙 매트릭스층(310)과 유사한 방식, 즉 통상 동일의 공간적 패턴으로 패터닝된다. (컬러 필터 매트릭스층(340)과 대조적으로, 블랙 매트릭스층(310)은 상기 소자의 "업" 및 "다운" 경사 도메인을 분할하고 도 4에 도시되어 전술한 바와같이 듀얼 도메인디스클리네이션을 흐리게 하는 영역에서 소자당 하나의 추가 스트라이프를 가진다.)
참조부호(345)는 투명전극층이다. 컬러 필터 매트릭스 층(340)상에 통상의 연속 박막 투명전극이 적층되어 LCD 액티브 매트릭스 기판(즉, 박막 트랜지스터, 저장 커패시터, 및 어드레스라인들이 증착되어 있는 기판)에 대한 대향전극을 형성하며 인듐 주석 산화물(ITO)로 된 박막을 포함한다.
참조부호(350)는 폴리이미드 액정 배향층이다. 폴리이미드 액정 배향층은 당업자들에게 알려져 있는 통상의 기술을 이용하여 ITO 투명 전극층(345)상에 형성된다.
참조부호(355,360)는 폴리이미드 액정 배향층(350)을 기계적으로 러빙하여 형성된 액정 배향 영역이다. 상기 러빙 가공에 의해 네마틱 액정 재료의 원하는 표면 배향성이 유도된다. 당업자들에게 잘 알려겨 있는 바대로, 상보적인 배향 패턴이 유사하게 액티브 매트릭스 기판에 적용되어 액정재료의 원하는 멀티 도메인 구조를 유도한다. 멀티 도메인 액정 구조를 유도하기 위한 잘 알려진 표면 배향 장법 들이 있다. 예컨대, Koike등 및 Takatori등에 의한 방법을 참조할 수 있다.
러빙 방향이 도 4에 화살표(420)(화살표(405)로 도시된 바와같이 "업"으로 배향된 경사 도메인에 의한 러빙방향) 및 (425)(화살표(410)로 도시된 바와같은 "다운"쪽으로 배향된 경사 도메인에 의한 러빙 방향) 방향으로 도시된다. 더 구체적으로, 러빙은 도 3 및 4의 실시예에서와 같이 다른 방향을 갖는 사실상 대향하는 두개의 영역들을 교대로 형성하기 위해 실행된다.
상기 설명에서, "업" 도메인은 부분적으로 구동되는 상태에서, 액정셀 중앙 근처의 평균 디렉터가 디스플레이의 법선에 대해 포지티브 수직방향으로 평균각을 이루도록 배향되는 액정재료의 영역들로서 형성된다. "다운" 도메인은 부분적으로 구동되는 상태에서, 액정셀 중앙 근처의 평균 디렉터가 디스플레이의 법선에 대해 네가티브 수직방향으로 평균각을 이루도록 배향되는 액정재료의 영역들로서 형성된다. 이제, 우리는 관찰자가 수평평면에 대해 디스플레이를 관찰하는 각도로서 결정되는 관찰각의 사인(정 또는 부)을 정의한다. 예컨대, 포지티브 수직 관찰방향은 관찰자가 수직상방에서 디스플레이를 하방으로 관찰함을 나타낸다.
도 4는 컬러 필터 기판(300)의 평면도(400)이다. 도 4의 부품들을 이하 설명한다:
참조부호(400)는 컬러 필터 기판(300)의 평면도를 나타낸다.
참조부호(405)는 "업" 도메인 방향을 나타낸다. 전술한 (355,360)의 설명을 참조하라.
참조부호(410)는 "다운" 도메인 방향을 나타낸다. 전술한 (355,360)의 설명을 참조하라.
참조부호(415)는 풀컬러 화소이다. 풀컬러 화소(415)는 각각 3개의 소자들, 즉 레드 소자, 그린 소자, 및 블루 소자로 구성된다. 그 소자들이 R,G,B로 나타낸 바와같이 대표 화소로 도시된다.
참조부호(420)는 "업" 도메인 방향을 형성하는 러빙방향이다. 전술한 (355,360)의 설명내용을 참조하라.
참조부호(425)는 "다운" 도메인 방향을 형성하는 러빙방향이다. 전술한(355,360)의 설명내용을 참조하라.
화소 컬러 필터 기판의 제조
도 5는 상기한 도 3 및 4에 도시된 종류의 화소 컬러 필터 기판(300)을 제조하기 위한 공정을 나타낸다. 도 5에서 블럭내의 참조부호를 이하 설명한다.
참조부호(505)는 통상 약 1mm두께의 광학 투명 기판(305)을 제공함을 나타낸다.
참조부호(510)는 광학 투명 기판(305)상에 임의의 기술에 의해 0.1-1.0㎛ 또는 미크론(또는 다른 편리한 두께)의 통상의 블랙 매트릭스층(310)을 증착 및 패터닝함을 나타낸다.
("증착"이라는 용어는 층을 제위치에 형성하는 임의의 통상적인 증착기술을 포함하며: 미리 형성된 층이 기판에 부착되는 라미네이션등의 다른 기술과는 상이한 의미이다. 기판(305)상에 "증착"된다는 용어는 기판상에 직접 재료를 증착시키는 것으로 제한되는 것이 아니고, 재료가 기판(305)상의 하나 이상의 중간층상에 증착됨도 포함하는 것이다.)
참조부호(515)는 0-판 보상층(315)을 증착하는 제 1 공정을 나타내며, 임의의 방법에 의해 광학 투명 기판(305)상에 포토레지스트층(예컨대, 통상의 초-UV 경화 재료, 도시안됨)을 증착 및 패터닝한다. 상기 포토레지스트층상에 형성된 패턴은 액정 디스플레이의 "다운" 도메인의 패턴과 일치한다. 포토레지스트 패턴상에 증착된 0-판 재료는 리프트 오프된다.
참조부호(520)는 광학 투명 기판(305)상의 소망하는 "업" 방향으로 광학 대칭 배향성을 갖는 0-판 재료의 박막층을 증착하는 공정을 나타낸다.
참조부호(525)는 액정의 소망하는 "업" 도메인 영역에 대응하는 0-판 재료에서 0-판층 세그먼트 뒤에 남겨지는 통상의 리프트 오프 공정을 실행함을 나타낸다.
참조부호(530)는 임의의 방법에 의해 광학 투명 기판(305)상에 포토레지스트층(도시안됨)을 증착 및 패터닝함을 나타낸다. 포토레지스트 층상에 형성되는 패턴은 액정 디스플레이의 "업" 도메인의 패턴과 일치한다.
참조부호(535)는 광학 투명 기판(305)상의 소망하는 "다운" 방향으로 광학 대칭 배향성물 갖는 0-판 재료의 박막층을 증착하는 공정을 나타낸다.
참조부호(540)는 상기 소망하는 "다운" 도메인 영역에 대응하는 0-판 재료에서 0-판층 세그먼트 뒤에 남겨지는 통상의 리프트-오프 공정을 실행함을 나타낸다.
참조부호(545)는 유기 0-판 재료가 사용되는 경우, 임의의 방법에 의해 광학 투명 기판(305)을 어닐링함을 나타낸다.
이때, 광학 투명 기판(305)은 그 기판상에 증착된 예컨대 1-1.3미크론의 0-판층(315)을 가지며; 실제 두께는 보상기 구조의 특정 설계에 따르게 되며 본 발명에 관심을 갖는 당업자라면 일상적으로 고려하게 되는 문제이다.
참조부호(550)는 0-판층(315)상에 임의의 방법에 의해 폴리이미드 또는 다른 적절한 재료로 된 버퍼층을 증착함을 나타낸다. 상기 버퍼층(330)은 약 500-1000Å의 두께를 갖는다. 또한, 도 3과 관련하여 설명된 버퍼층(330)을 참조하기 바란다. 이 실시예에서, 버퍼층(330)은 다음에 증착될 A-판층(335)에 대한 배향층으로 작용한다. 따라서, 상기 버퍼층(330)은 소망하는 표면 멀라인먼트를 제공하도록 러빙된다. 이와다르게, 상기 A-판층에 대한 500-1000Å 두께의 분리 배향층이 버퍼층(330)상에 증착될 수 있다.
참조부호(555)는 버퍼층(330)상에 A-판 보상층(335)을 증착함을 나타낸다. A-판층(335)은 잘 알려진 재료에 의해 제조된다. 이 실시예에서, A-판층(335)은 버퍼층(330)(배향층으로서 작용함)상에 약 1미크론 두께의 리액티브 네마틱 액정 재료의 박막을 증착하고 상기 막을(전술한 계류중인 미국 특허 출원들중 하나에 개시된 바와같이) 중합함에 의해 제조된다.
참조부호(560)는 A-판 층(335)상에 패터닝된 컬러 필터 매트릭스층(340)을 증착함을 나타낸다. 전술한 컬러 필터 매트릭스층(340)의 내용을 참조하라. 컬러 필터 매트릭스층(340)은 통상 1-2미크론의 두께로 되며 풀 컬러 액정 디스플레이 제조 분야에서 당업자들에게 알려져 있는 기술을 이용하여 제조된다. 컬러 필터 매트릭스층(340)의 패턴은 디스플레이의 액티브 매트릭스 기판층의 박막 트랜지스터 의 패턴에 대응하도록 선택된다. 컬러 필터 매트릭스층(340)에서 전술한 바와같이, 컬러 필터 매트릭스층의 패턴은 블랙 매트릭스층(310)의 패턴에도 대응한다.
참조부호(565)는 컬러 필터 매트릭스층(340)상에 임의의 방법에 의해 약 0.1-1 미크론 두께의 투명전극층(345)을 증착함을 나타낸다.
참조부호(570)는 투명전극층(345)상에 폴리이미드 얼라인먼트층을 증착하고 액정 얼라인먼트영역(355,360)을 형성하도록 (예컨대, 패터닝된 러브(rub)를 이용하거나: 각각 고 프레경사각 또는 저 프레경사각을 갖는 두개의 얼라인먼트 재료를이용하거나: 또는 임의의 다른 방법에 의해) 상기 얼라인먼트층을 처리하는 공정을 나타낸다.
이에 따라, 본 발명에 따른 컬러 필터 기판(300)이 완성된다.
가능한 변경들
컬러 필터 기판(300)은 상기 0-판 층(315)의 상하("상하"라는 용어는 임의의 특정 수직 배향으로 제한되지 않음)에 다른 보상층들을 포함할 수 있다. 다른 보상층에 대해서는 특별하게 설명되지 않는다. 상기 보상층은 하나 이상의 A-판층, C-판층, 및/또는 0-판층을 포함할 수 있다. 이 다른 보상층들이 임의의 적절한 순서로 배열될 수 있다.
다른 실시예에서, 화소 보상 소자의 제조 공정은 전술한 리프트 오프방법이 아닌 에칭을 이용하여 실행될 수 있다. 이와 유사하게, 다르게 배향된 액정 경사 도메인은 소망하는 디스플레이 콘트라스트 및 계조 안정성을 갖는 최적 시각 필드를 제공하도록 그들의 보상작용과 함께, 영역-선택된 상대 영역에서 동일하지 않을 수 있다.
당업자들이라면, 대향하게 배향된 액정 경사 도메인에 대해 최적 보상을 제공하도록 액정 디스플레이 구조내에 화소 보상기를 이용하는 다른 적용예가 있음을 이해할 수 있을 것이다. 이 실시예에서, A-판 또는 C-판(요구되는 배향성들이 대향하게 배향된 액정 경사 도메인의 존재에 의해 영향받지 않음)등의 보상기 부품들이 각 경사 도메인에 보상 타입 또는 량을 다르게 제공하도록 패터닝될 수 있다. 또한, 일부 실시예들에서, 0-판 보상기 부품들이 생략될 수 있고, A-판, C-판 또는다른 광학 대칭 부품들에 화소화가 광범위하게 적용될 수 있다. 더욱 일반적인 경우에, 경사 도메인들이 다르게 배향된(즉, 180°다르게 상대 배향된 평균 디렉터를 가진) 액정에서는, A-판 보상기가 화소화를 필요로 할 수 있다.
또한, 당업자라면 액티브 매트릭스 기판(125)은 전술한 바와같이 패터닝된 하나 이상의 보상층을 포함하는 컬러 필터 기판(300)으로서 상기한 바와 동일한 방식으로 제조될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
상기한 설명내용은 화이트 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이에 관한 것이다. 화소 보상층에 대한 본 발명의 개념은 예컨대 트위스티드 네마틱, 수직 배향된 콜레스테릭, 수직 배향된 네마틱 디스플레이 시스템, 및 다양한 수퍼 트위스트 네마틱 디스플레이 시스템등의 광범위한 멀티 도메인 LCD 제품(화이트 및 블랙 모두)에 유사한 성능 개선을 제공할 것으로 기대될 수 있다.
화소형 듀얼 도메인 액정 디스플레이
컬러 필터 기판(300)은 액정 디스플레이(100)의 전형적인 액정셀(115)의 일부품을 형성하게 됨을 알 수 있다. 액정셀(115)의 다른 부품들은 액티브 매트릭스 기판(125) 및 적절한 액정재료(135)를 포함한다. 이 부품들은 종래의 컬러 필터 기판(130) 대신에 컬러 필터 기판(300)을 갖는 상태로 통상의 방식으로 조립될 수 있다. 다음, 액정셀(115)은, 예컨대 편광자(105), 분광기(110), 및 하나 이상의 보상층(120)등의 통상의 다른 부품들과 함께 조립되어 액정 디스플레이(100)를 형성한다.
일반적으로, 화소화된 듀얼 도메인 액정 디스플레이는 표 1에 도시된 바와같은 부품들의 조합을 포함할 수 있다. 표 1은 유용한 화소 보상 형상의 특별 리스트이다. 각 예에서, 액정층(LC)은 화살표로 나타낸 바와같은 다른 경사 도메인 배향성을 갖는 두개의 부분으로 존재한다. 액정셀내에서 화소화된 보상기들은 대응하는 경사 도메인으로서 동일 라인상으로 프린트되며 화살표를 이용한 방향으로 그리고 다른 값의 아래첨자를 이용하여 나타낸다. 화소화되지 않는 부품들은 양쪽 경사 도메인에 대해 동일 아래첨자 및/또는 방향을 갖는 것으로 도시된다. A는 A-판을 나타내며, C는 C-판을, 0는 0-판을, 그리고 P는 편광자(검광자 또는 편광자로 나타 냄)를 나타낸다. 본 발명에 연관된 당업자들이라면, 설계자가 최적화를 추구하는 설계 파라미터에 따라 화소화된 부품들이 액정층의 양측에 배치될 수 있음을 알 수 있을 것이다.
표 1. 화소화된 액정 디스플레이 소자들
Figure pct00001
물론, 본 발명에 따른 임의의 특정 액정 디스플레이의 설계시에 보상층들에 대한 설계 피라미터의 최적화를 필요로 한다. 이 설계 파라미터는, 예컨대 보상층의 광학적 qo향, 지연값, 굴절율, 특정 순서 또는 보상층 순서등을 포함한다. 해당 액정 디스플레이에 의해 어드레스될 엔지니어링 및 비지니스 목표에 따라 특수 설계가 선택되며 당업자들에게는 일상적인 업무이다. 0-판 보상층에 대한 일부 특수 설계 항목은 하나 이상의 전술한 계류중인 특허 출원들에 개시되어 있다.
A 특수 설계예
도 6은 액정 및 복굴절 보상기 광학축 양자의 방향성을 나타내도록 이용되는 좌표 시스템이다. x-축선(610) 및 y-축선(615)과 함께 우선회 좌표 시스템을 형성하는 포지티브 z방향(605)에서의 관찰자(600)를 향해 광이 전파된다. 화살표(620)로 나타낸 바와같이 네가티브 z방향에서 역광이 제공된다. 편광 경사각(
Figure pct00002
625)은 x-y 평면에서 측정된 액정 분자 광축선 c^ (630)과 x-y평면 사이의 각으로 정의된다. 방위각 또는 트위스트각(Φ635)은 x축에서 광축의 x-y 평면으로의 프로젝션(640)까지 측정된 각이다.
도 7은 본 발명에 따른 화소화된 보상 액정 디스플레이(700), 즉 양축을 갖는 무기재료로 된 0-판 보상기의 바람직한 실시예를 나타낸다. 편광자(705)는 그의 트랜스미션 축이 약 135°의 방위각Φ을 이루도록 배향된다. 그 다음의 부품은 280nm 지연된 네가티브 복굴절 C-판(710)으로서 액정셀(750)에 대해 외측에 제공된다. 소자들(715,740)은 액정 유리 기판을 나타낸다. 기판들(715,740) 사이의 영역은 액정셀(750)로 알려져 있다.
평면(72O)은 소스측 유리기판(715)상의 액정 재료(755)의 방향을 나타내도록 이용된다. 액정 재료(755)는 좌선회 키랄 피치를 갖는다. 도시된 바와같이, 업앤드 다운 경사 도메인 영역(760,765)은 각각 약 135°및 315°의 배향층 러빙방향을 갖는다. 유사한 형태로, 평면(725)은 액정 재료(755)의 관찰자측의 액정 재료(755)의 방향을 나타내도록 이용된다. LC층(755)의 복굴절은 약 0.095이고 약 5.2㎛의 두께를 가진다. 또한, 업 앤드 다운 경사 도메인 영역(770,775)은 각각 약 225°및 45°의 배향층 러빙방향을 갖는다.
액정 재료 다음에는 광학축이 약 125°를 이루도록 배향된 포지티브 복굴절 A-판(730)이 배치된다. A-판층(730)은 약 73나노미터(nm)의 상지연을 갖는다. 다음소자는 업 앤 다운 경사 도메인 영역이 각각 참조부호(780,785)로 나타내진 화소화된 0-판 보상층(735)이다. 0-판 업 도메인(780)의 방위 Φ는 약 90°이고 편광방향
Figure pct00003
은 약 -49°이다. 0-판 다운 도메인(785)의 방위 Φ 는 약 270°이고 편광방향
Figure pct00004
은 약 -49°이다. 0-판(735)은 약 0.46㎛이고 굴절율은 1.52(굴절율 타면과 0-판층의 평면과의 교차점에 대응하는 방향), 1.598(0-판의 경사각에 대응하는 방향) 및 1.343(미리 형성된 두방향에 대해 직교하는 방향)이다. 마지막으로, 45°의 고 트랜스미션 축Φ을 갖는 검광자(745)는 액정셀(750)과 관찰자(600) 사이에 배치된다.
도 8은 도 7에 따른 디스플레이의 예상 이소콘트라스트 콘튜어(800)를 나타낸다. 콘튜어(800)는 30:1의 이소콘트라스트를 나타내며, 콘튜어(810)는 50:1의 이소콘트라스트를 나타내고, 콘튜어(815)는 100:1의 이소콘트라스트를 나타낸다.
발명의 효과
본 발명에서는 고 콘트라스트를 갖는 광범위 시야각 및 안정된 계조성능을 제공하는 장점이 있다. 듀얼 도메인 형상은 계조 안정성 및 대칭성을 분리상태로 향상시키지만, 수직 시야 범위로 제한된다. 화소 보상 기술은 다르게 배향된 경사 도메인을 선택적으로 보상하여 표준적인 단일 도메인 디스플레이상에서만 보상할 수 있는 단계를 넘도록 시야각 범위를 확장시키며; 듀얼 도메인 구조는 수직 대칭 관찰 특성을 보장한다. 또한, 듀얼 도메인 구조와 0-판 보상기를 조합함에 의해 별도로 시행기는 경우보다 우수한 계조 안정성을 얻게된다.
상기한 화소 보상층의 이점은, 0-판층의 형성여부에 관계없이 액정셀(115)내측의 보상층에 의해 제공된다. 따라서, 화소 보상층은 듀얼 도메인 액정 디스플레이의 다르게 배향된(즉, 도 7의 "업" 및 "다운" 도메인) 경사 도메인을 독립적으로 최적의 상태로 보상하도록 설계될 수 있다. 잘 알려진 바와같이, 이러한 보상은 상기 보상층에서 발생되는 패럴랙스 효과 때문에 외측 패턴 보상층을 이용하는 경우에는 실용적이지 않다.
액정셀(115)에 대한 내측의 박막층으로서 보상기를 조합하면 종래의 보상기 술에 비해 액정 디스플레이(100)의 두께 및 중량을 감소시킬 수 있다. 분리형 보상층을 제거함으로써 제조 및 액정셀 조립시의 복잡함과 비용을 줄일 수 있다.
본 발명은 액정 디스플레이(LCD) 설계 분야에 이용될 수 있다.
당업자들에게는 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 본 발명을 여러가지로 변경할 수 있을 것이다. 따라서, 첨부된 특허청구의 범위는 상기한 설명내용으로 제한되지 않고, 더 넓게 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. (a) 편광자 층:
    (b) 검광자 층;
    (c) 상기 편광자층과 검광자층 사이에 배치되며, 광학 투명 액티브 매트릭스 기판과 광학 투명 컬러 필터 기판에 의해 한정되고, 상기 액티브 매트릭스 기판상의 액정 배향 영역과 상기 컬러 필터 기판상의 액정 배향 영역에 의해 각각 한정되는 한쌍의 대향 배향된 액정 경사 도메인을 포함하는 다수의 화소들을 갖는 액정셀;
    (d) 각각 액정 경사 도메인에 대응하며 액정 경사 도메인에 대해 최적화된 광학 형상을 갖는, 상기 광학 투명 기판상의 다수의 세그먼트상에 증착된 포지티브 복굴절 0-판 보상층:
    (e) 상기 0-판 보상층위의 광학 투명 기판상에 증착된 제 1의 포지티브 복굴절 A-판 보상층: 및
    (f) 상기 액정셀과 편광자 사이에 배치된 제 2의 포지티브 복굴절 A-판 보상층을 포함하는 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이.
  2. (a) 편광자 층:
    (b) 검광자 층:
    (c) 상기 편광자층과 검광자층 사이에 배치되며, 각각 광학 투명 기판을 포함하는 액티브 매트릭스 기판과 제 2 기판을 포함하는 된 2개의 기판들에 의해 한정되고, 상기 액티브 매트릭스 기판상의 액정 배향 영역과 상기 제 2 기판상의 액정 배향 영역에 의해 각각 한정되는 한쌍의 대향 배향된 액정 경사 도메인을 포함하는 다수의 화소들을 갖는 액정셀: 및
    (d) 각각 액정 경사 도메인에 대응하며 액정 경사 도메인에 대해 최적화된 광학 형상을 갖는, 상기 하나 이상의 광학 투명 기판들상의 다수의 세그먼트들에 증착된 보상층을 포함하는 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 제 2 기판이 컬러 필터 기판인 액정 디스플레이.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 보상층이 A-판 보상층, 0-판 보상층, 및 C-판 보상층으로 구성된 그룹중에서 선택되는 액정 디스플레이.
  5. 제 4 항에 있어서, A-판 보상층, 0-판 보상층, 및 C-판 보상층으로 구성된 그룹중에서 선택된 하나 이상의 추가 보상층을 더 포함하며, 상기 하나 이상의 추가 보상층은 상기 보상층과 동일 광학 투명 기판상에 증착되는 액정 디스플레이.
  6. 제 5 항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가 보상층이 상기 보상층위의 광학 투명 기판상에 순차 증착되는 액정 디스플레이.
  7. 제 5 항 또는 제 6 항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가 보상층이 각각 다수의 추가 보상 세그먼트들에 증착되며, 각각의 추가 보상 세그먼트는 각 액정 경사 도메인에 대응하며 액정 경사 도메인에 대해 최적화된 광학 형상을 갖는 액정 디스플레이.
  8. 제 2 항에 있어서, 상기 보상층이 포지티브 복굴절을 갖는 액정 디스플레이.
  9. 제 5 항에 있어서, 상기 하나 이상의 추가 보상층이 포지티브 복굴절을 갖는 액정 디스플레이.
  10. (a) 광학 투명 기판;
    (b) 상기 광학 투명 기판상에 증착된 블랙 매트릭스 층;
    (c) 상기 광학 투명 기판상의 패턴에 증착된 포지티브 복굴절 0-판 보상층;
    (d) 상기 0-판 보상층위의 기판상에 증착된 포지티브 복굴절 A-판 보상층;
    (e) 상기 광학 투명 기판상에 증착된 컬러 필터 매트릭스층;
    (f) 상기 광학 투명 기판상에 증착된 투명 전극층; 및
    (g) 상기 0-판 보상층의 패턴에 대응하는 배향 패턴을 가진 상기 광학 투명 기판상에 증착된 배향층을 포함하는 액정셀의 컬러 필터 기판.
  11. (a) 광학 투명 기판;
    (b) 상기 광학 투명 기판상에 순차 증착되어, 패터닝된 보상층으로 되며 적어도 하나가 다수의 세그먼트들에 증착되는 하나 이상의 보상층; 및
    (c) 상기 하나 이상의 보상층들중 최상의 층위의 상기 광학 투명 기판상에 형성되며, 상기 하나 이상의 패터닝된 보상층의 각 세그먼트에 대응하는 다수의 액정 배향 영역을 포함하는 액정셀 기판.
  12. 제 11 항에 있어서, 상기 액정셀 기판이 컬러 필터 기판인 액정셀 기판.
  13. 제 11 항에 있어서, 상기 액정셀 기판이 액티브 매트릭스 기판인 액정셀 기판.
  14. 제 11 항에 있어서, 상기 하나 이상의 보상층이 A-판 보상층, 0-판 보상층, 및 C-판 보상층으로 구성된 그룹증에서 선택되는 액정셀 기판.
  15. 제 11 항에 있어서, 상기 하나 이상의 보상층이 포지티브 복굴절을 갖는 액정셀 기판.
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