KR100358872B1

KR100358872B1 - Ｌｃｄ 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR100358872B1
Application number: KR1020000014704A
Authority: KR
Inventors: 마쯔야마히로아끼; 히라이요시히꼬
Original assignee: 닛본 덴기 가부시끼가이샤
Priority date: 1999-03-24
Filing date: 2000-03-23
Publication date: 2002-10-31
Also published as: TW542934B; KR20000062990A; JP2000275646A; US6714271B1

Abstract

본 발명에 따른 LCD에서는, 전극(3)이 인듐 주석 옥사이드(ITO) 등의 투명 도전막으로 이루어진 투명 기판(1)의 상부에 형성된다. 배향 불량 영역 C의 폭 X와 동일하거나 그보다 긴 폭 W를 갖는 개구(5)가 전극(3)과 기판(1) 양측 상에 형성된다. 배향층(10)의 표면은 UV선을 이용하여 광 배향 처리된다. 이에 따라, 전극(3)을 통해 전계가 인가되지 않았을 때 배향층(10)의 표면과 거의 수직으로 각 액정 분자(15, 16 및 14)를 배향시키는 서로 다르게 배향된 영역들이 배향층(10) 상에 생성된다. ITO 등의 투명 절연막으로 이루어진 배향층(11)은 전극(4)의 하측 상에 형성된다. 배향층의 표면은 상기 광 배향 처리된다. 이에 따라, 서로 다르게 배향된 영역들이 배향층(10) 상에 생성되는 것과 동일한 방식으로 배향층(11) 상에 생성된다.

Description

ＬＣＤ 및 그 제조 방법{LCD AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}

본 발명은 액정 표시 장치(LCD) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 트위스트 네마틱형(TN형) LCD 또는 전기 제어 복굴절형(ECB형) LCD가 널리 사용되고 있다. 그러나, 전압 인가시 화소 내의 액정 분자의 배향 방향이 일정하기 때문에, 시각에 따라 색조가 변한다. 시각에 관한 이러한 문제를 줄이기 위해서, 각 화소 내의 액정 분자의 배향 방향을 서로 다르게 하거나 액정 분자의 영역을 서로 다르게 배향된 영역들로 분할하는 기술이 있다. 이러한 배향 분할을 이용하여, 각 영역의 시각 특성을 주위 영역의 것과 보상하여, 시야각이 넓은 표시가 생성될 수 있다. 특히, 수직 배향 방법(ECB형 방법 중의 하나)을 채용한 경우, TN 시스템보다 고속의 응답 속도를 얻을 수 있다. 또한, 흑 표시가 개선되므로, 수직 배향 분할 기술이 주목되고 있다.

러빙 및 광 배향 등의 기술이 액정 분자를 배향하는 데 사용된다. 그러나, 러빙은 와이핑(wiping)과 같은 방법으로 천(cloth)과 배향층을 접촉하는 처리를 이용하기 때문에, 정전기에 의한 분자의 파괴나 먼지 입자에 의한 기판 오염의 문제가 쉽게 생길 수 있다 한편, 광 배향 처리는 비접촉 처리를 이용하여 배향층을 배향하기 때문에, 러빙 기술에 관련된 상기 문제들이 생기지 않는다. 따라서, 광 배향 기술이 우수한 기술로서 주목되고 있다.

광 수직 배향 방법을 이용하여 배향 분할을 행하는 기술이 일본 특개평9-211468호 및 특개평10-142608호에 개시되어 있다. 이들 각 기술에서는, 포토마스크를 이용하여, 그들의 각 조사 조건에 기초하여 각각의 배향 영역 상에 광 배향 처리를 행한다.

여기서, 상기 일본 특개평9-211468호에 개시된 기술을 간략히 설명한다. 우선, 이 광 배향 기술의 원리를 도 1의 (a) 내지 (c)를 이용하여 설명한다. 이들 도면에 도시된 바와 같이, 기판(1)의 상부가 자외(UV)선에 감응하는 배향층(이경우, 폴리이미드로 이루어진 수직 배향층)으로 덮여 있다. 배향층(18) 상에는 CH 체인(19)이 있고, 이들 CH 체인의 평균 방향(20)이 기판(1)의 법선에 평행하다. 그러나, 각각의 CH 체인의 방향은 분산(변동)되어 있다. 즉, 기판 표면에 평행한 각 가상 평면 내의 모든 방향과 대향하고 있는 것으로 간주된다. UV선이 배향층(18)과 직교하는 방향(22)으로부터 조사된 경우, UV선이 진행하는 방향에 평행한 방향을 갖는 CH 체인의 일부가 UV선을 흡수하여, 절단되거나 분해된다. UV선의 흡수 정도는 배향층(18) 상의 각 CH 체인의 방향 뿐만 아니라 UV선의 조사 방향에 의존하며, UV선의 전계의 방향(23)이 CH 체인의 방향과 일치할 때 가장 높은 수준의 흡수가 생긴다.

UV선 조사가 생긴 후, CH 체인의 소정 방향이 배향층(18) 상에서 절단되거나 분해되지만(도 1의 (a)에서는 "X"로 표시함), 다른 것(도 1의 (a)에서 "O"로 표시함)은 그대로 남아 있다. 그 후, 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 남아 있는 CH 체인에 평행한 방향(21)이 기판(1)의 법선으로부터 경사진다.

도 1의 (c)에 도시된 바와 같이, 액정 분자(24)가 배향막(18)의 표면과 접촉하게 되면, CH 체인(19)과 동일한 방향을 따라 진행하도록 액정 분자(24)들이 경사진다. 상술한 것과 동일한 처리를 2개의 기판에 적용하여, 각 기판의 배향층의 표면 상의 액정 분자의 경사가 서로 평행하게 되도록, 2개의 기판 사이에 일정 간격을 유지하여 서로 대향하도록 2개의 기판을 배치한다. 기판들 사이에 채워진 액정은 부의 유전율 이방성을 갖는 액정이다. 전극에 소정 전압을 인가하여, 기판의 법선과 이루는 액정 분자의 경사 방향이 초기 각도로부터 증가하도록 포커싱하여, 균일하게 기판에 평행하게 된다. 즉, 균일한 배향이 얻어질 수 있다.

다음에, 배향 분할의 공정을 설명한다. 상술한 바와 같이, 배향 방향은 조사광의 조건, 즉 주로 조사 각도 및 편광 조건에 의존한다. 따라서, 각 영역의 배향 방향을 상이하게 하기 위해서는, 각 영역에서의 조사광의 조건을 변화시킬 필요가 있다. 특정 영역에 특정 광을 조사하고 다른 영역에는 광을 차단하기 위해 포토마스크를 사용하는 것이 통상이다. 배향 분할의 공정은 배향 분할의 수에 비례하여 포토마스크를 이용하는 광 조사를 반복적으로 선택적으로 실행할 수 있다.

또한, 일본 특개평10-142608호에서는, 상기 기술 외에 배향층 재료, 광 조사(편광, 광 조사 각도, 조사 광량)의 조건, 액정의 배향, 및 액정의 모드에 관한 다른 기술이 기재되어 있지만, 배향 분할의 공정은 상기 기술과 동일하다.

그러나, 상술한 종래 기술에 따르면, 분할 영역 사이의 경계에서의 배향이 쉽게 불안정하게 되는 문제가 발생된다. 그 이유는 포토마스크의 정확한 매칭에 따라 과다 노출 및 과소 노출 영역들이 발생되는 경향이 있기 때문이다. 또한, 과다 노출 및 과소 노출의 이들 영역 상에서는 액정이 조절될 수 없으므로, 배향 불량이 발생하기 쉽다. 또한, 배향 불량 영역들이 핵으로 되어 액정 분자의 정상 배향 영역이 교란될 수도 있다. 이 문제는 도 2의 (a) 및 (b)와 도 3의 (a) 및 (b)를 이용하여 후술한다.

상술한 바와 같이, 광 배향 처리는 배향층에 경사지게 UV선을 조사하여 수행된다. 따라서, 배향 분할을 행할 때 포토 마스크가 이용된다. 즉, 도 2의 (a)에 도시된 바와 같이, 기판(25)의 상부에 있는 배향층(26)의 좌측 영역을 광 배향 처리할 때, 우측 영역이 포토 마스크(27)에 의해 마스킹된다(제1 조건). 이 제1 조건하에서, UV선(31)이 경사 방향(29)으로부터 조사된다. 다음에, 도 2의 (b)에 도시된 바와 같이, 기판(25)의 상부에 배치된 배향층(26)의 우측 영역을 광 배향할 때, 좌측 영역이 포토 마스크(28)에 의해 마스킹된다(제2 조건). 이 제2 조건하에서, UV선(32)이 경사 방향(30)으로부터 조사된다. 이 처리를 통해, 배향층(26)의 표면 상의 좌측 영역에 있는 액정 분자가 좌측으로 경사지고, 반면에 우측 영역에 있는 액정 분자가 우측으로 경사진다. 그 결과, 서로 다른 배향의 2개의 배향 영역이 형성된다.

그러나, 배향 분할된 배향막의 각 영역의 경계에서는 다음과 같은 문제가 발생한다. 도 3의 (a)는 상이한 조건의 UV선(33 및 34)이 배향층에 중복 조사되는 이중 노출 영역(35)이 발생하는 경우를 나타내고, 반면에 도 3의 (b)는 비노출 영역이 발생하는 경우를 나타낸다. 전자의 경우는 포토 마스크의 배향 정밀도 블량이나 경사 조사광에 의한 회절에 기인하는 것으로 고려된다. 이중 노출 영역(35) 상의 액정 분자는 상기한 광 배향 처리에 따라 좌측 또는 우측보다는 다른 방향으로 경사질 가능성이 크다. 한편, 과소 노출 영역(36) 상의 액정 분자는 그들의 수직 배향을 유지할 수 있다. 따라서, 도 3의 (a) 및 (b)에 나타낸 각각의 상황들은 소정 전압을 인가할 때 예상되는 것과 다른 방향들로 액정 분자들이 경사지게 한다. 또한, 배향 불량 영역(35 및 36)은 적절한 광 조사가 발생되는 영역에 악영향을 미쳐 배향 불량 영역이 확장된다.

또한, 상기 경계의 문제로서, 기판이 배향 고정되는 배향 정밀도의 문제가 있다. 즉, 한 쌍의 기판이 각각 광 배향 처리된 다음, 기판 중 하나의 배향 방향이 정합될 수 있도록 대향 배치될 때, 배향 정밀도의 한계로 인해 배치 어긋남이 생길 수 있다. 이 경우, 기판 중 하나의 기판 상의 배향층이 다른 기판 상에 배치된 배향층의 표면 상의 액정 분자의 배향 방향과 정합되지 않을 수 있다. 그 결과, 이전의 경우와 마찬가지로 배향 불량이 생길 수 있다.

일본 특허 제2778500호에는 배향 분할의 경계 영역에서 전극 상에 개구를 형성한 기술이 기재되어 있다. 그러나, 이 기술은 TN 모드에 관한 것으로, 소정 전압을 인가한 때 액정 분자가 수직으로 또는 거의 수직으로 사전 배향되어 수평 배향되는 수직 배향 모드의 기술에 대한 것은 아니다.

이 외에, 일본 특개평6-0434461호에 따르면, 수직 배향 액정 분자의 방향이 러빙 또는 광 배향 등의 배향 처리를 행하지 않고서 전극 상의 개구의 구조에 의해 제어된다. 그러나, 이 기술은 응답 시간에 문제가 있다. 즉, 이 기술에서는 전극의 개구 근처의 영역에서만 배향 제어가 행해지기 때문에, 전파에 의해 멀리 떨어진 영역들이 후에 배향된다. 또한, 멀리 떨어진 영역의 액정 분자들이 초기에 수직으로 배향되기 때문에, 전압 인가시 임의 방향으로 이동하는 경향이 있다. 이 때문에, 전파를 이용한 배향 제어는 지연되고, 응답 시간이 증가한다. 전파 지연은 개구로부터 멀리 있는 영역이 넓어질수록, 화소들의 사이즈가 크게 될수로 더욱 분명해진다.

본 발명은 상기한 문제점들을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 표시 품질이 우수하고, 응답 시간이 고속이며, 배향 불량이 적은 특징을 갖는 새로운 구조의 LCD를 제공하는 것에 있다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 배향층의 서로 다르게 배향된 복수의 영역들로 형성된 각 화소를 갖는 LCD가 제공되며, 전극(3)의 상부와 개구(5) 내에 배치된 배향층(10) 내에서 각 액정 분자(14, 15, 16)를 배향시키는 서로 다르게 배향된 인접한 영역들 사이의 경계를 따라 적어도 하나의 개구(5)를 형성한 전극(3)을 포함하며, 상기 개구(5)의 최소의 허용 폭 W는 상기 경계 내의 배향 불량 영역의 폭 X와 동일하다. 상기 LCD의 예를 도 4에 도시한다.

본 발명의 한 형태에 따르면, 배향층의 서로 다르게 배향된 복수의 영역들로 각 화소를 형성한 LCD가 제공되며, 전극(3)의 상부와 개구(5) 내에 배치된 배향층(10) 내에서 상기 전극(3)을 통해 전계가 인가되지 않았을 때 각 액정 분자(14, 15, 16)를 수직 또는 거의 수직으로 배향시키는 서로 다르게 배향된 인접한 영역들 사이의 경계를 따라 적어도 하나의 개구(5)를 형성한 전극(3)을 포함한다. 상기 LCD의 예를 도 4에 도시한다.

본 발명의 한 형태에 따르면, LCD의 제조 방법이 제공되며, 기판(1)의 상부 상에 배치되는 전극(3) 상에 형성될 경계를 따라 후에 생기는 경계 내의 배향 불량 영역의 예상 폭 X와 동일하거나 그보다 긴 개구 폭 W를 갖는 적어도 하나의 개구(5)를 형성하는 개구 형성 단계(S1); 상기 개구 형성 단계에서 처리된 최종면 위에 배향층(10)을 퇴적하는 퇴적 단계(S2); 및 각각의 액정 분자들을 배향시킨 서로 다르게 배향된 영역들과, 상기 배향층(10) 내에 있는 상기 모든 서로 다르게 배향된 영역들 사이에 샌드위치되는 상기 경계를 생성하는 생성 단계(S3)를 포함한다. 상기 LCD의 제조 방법을 도 5에 도시한다.

본 발명의 상기 목적 및 그 외의 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면을 참조하는 다음의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다.

도 1의 (a) 내지 도 1의 (c)는 배향층 표면의 광 배향 방법을 나타낸 도면.

도 2의 (a) 및 도 2의 (b)는 배향층을 서로 다르게 배향된 영역들로 분할하는 방법을 나타낸 도면.

도 3의 (a) 및 도 3의 (b)는 종래 기술에 따라 배향 불량 영역이 생긴 것을 나타낸 도면.

도 4는 본 발명의 제1 실시예에 따른 LCD 내의 1 화소 부분을 나타낸 단면도.

도 5는 도 4의 LCD의 제조 순서를 나타낸 플로우차트.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 도 4에 도시된 LCD 내의 액정 분자의 방향을 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 LCD 내의 1 화소 부분을 나타낸 단면도.

도 8은 본 발명의 제3 실시예에 따른 LCD 내의 1 화소 부분을 나타낸 단면도.

도 9는 도 8의 LCD 내의 화소의 상부 평면도.

도 10은 본 발명의 제4 실시예에 따른 LCD 내의 1 화소 부분을 나타낸 단면도.

도 11은 도 10의 LCD 내의 화소의 상부 평면도.

도 12는 도 10에 도시된 액정 분자의 방향을 나타낸 도면.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 2 : 기판

3, 4 : 전극

5 : 개구

10, 11 : 배향층

12, 13 : 광학 필름

14∼16 : 액정 분자

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 따른 LCD를 설명한다.

(제1 실시예)

이하, 도 4 내지 도 6을 참조하면서 제1 실시예의 제조 방법을 설명한다. 도 4는 LCD 내의 1 화소 부분을 도시한 단면도이고, 도 5는 LCD의 제조 순서를 나타낸 플로우차트이다. 도 6은 LCD 내의 액정 분자의 배향 방향을 나타낸다.

제1 실시예의 LCD에 따르면, 인듐 주석 옥사이드(ITO) 등의 투명막으로 이루어진 전극(3)이 스퍼터링에 의해 투명 기판(1)(유리 등의 물질로 이루어짐)의 상부에 형성된다. 그 다음, 도 4에서 표면에 수직 방향으로 연장되는 개구(5)가 포토리소그래피 공정에 의해 형성된다(단계 S1에서).

소정 간격을 두고 기판(1)이 기판(2)과 중첩되는 형태로 배향 불량 영역 C의 폭 X(6 ㎛ 이하)와 동일하거나 그보다 긴 예를 들어, 6 ㎛인 폭 W를 갖는 개구(5)가 배향 분할에 의해 이후에 형성되는 각 영역의 경계에 배치된다. 이러한 배치는 다음과 같은 조건 하에서 행해진다: 우선, 광 배향에 따른 기판(1) 상의 광 배향 불량 영역의 폭(6)이 대략 2 ㎛ 이하이고; 두번째로, 광 배향에 따른 기판(2; 기판(1)과 대향함) 상의 광 배향 불량 영역의 폭(7)이 대략 2 ㎛ 이하이며; 세번째로, 기판(1)을 기판(2)과 중첩시키는 배향 정밀도가 대략 4 ㎛ 이하이다.

그 후, 각각의 막의 표면과 거의 수직인 액정 분자를 배향하는 투명 절연막으로 이루어진 배향층(10)이 기판(1) 상에 배치되는 전극(3)과 기판(1)의 노출면 양쪽의 상부에 형성된다(단계 S2). 배향층(10)은, 예를 들면 폴리이미드 JALS-682(JSR사 제조)를 오프셋 인쇄한 다음, 1시간 동안 180℃에서 소성한다. 그 후, 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 광 배향 처리를 실행하여, 도 6의 영역 A가 좌측 45° 각도로 UV선으로 조사되는 한편, 영역 B가 포토 마스크에 의해 피복되고; 반면에 영역 B가 우측 45° 각도로 UV선으로 조사되는 한편, 영역 A가 포토 마스크에 의해 피복된다. 이에 따라, 서로 다르게 배향된 2개의 영역이 전극(3) 상의 개구(5)를 경계로 하여 생성된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 포토 마스크 배향 정밀도의 한계로 인해 대략 2 ㎛ 이하의 폭을 갖는 배향 불량 영역(6)의 발생을 야기한다. 따라서, 개구(5)의 최대 허용 폭 W는 상술한 바와 같이 각각의 포토 마스크의 내부 에지 사이의 폭과 같을 수 있다.

다음에, 기판(1)과 대향 배치되는 기판(2)에 관한 구조를 설명한다. 우선, 도 4에 도시된 바와 같이, ITO 등의 투명 도전막으로 이루어진 전극(4)이 투명 기판(2; 유리 등의 물질로 이루어짐)의 하측 상에 형성된다. 전극(4) 상에는 개구가 형성되지 않는다. 다음에, 전극(4)이 예를 들면 50 ㎛²의 사각형으로 패터닝된다(단계 S3). 막 표면과 거의 수직인 액정 분자를 배향시키는 투명 절연막으로 이루어진 배향층(11)이 기판(2)의 하측 상에 미리 형성되어 있는 전극(4)의 하측 상에 형성된다. 배향층(11)은, 예를 들면 폴리이미드 JALS-682(JSR사 제조)를 오프셋 인쇄하고 나서 1시간 동안 180℃로 소성하여 형성될 수 있다. 그 후, 경계 또는 라인(500 ㎛²의 전극(4)의 대향하는 2면의 중앙에서 도 4의 지면과 수직으로 진행하고 또한 2면과 수직인)에 의해 분할된 영역 A 및 B 내의 배향층(11)의 표면이 광 배향 처리된다(단계 S4). 광 배향 처리에서, 각각의 상기 영역 A 및 B는 도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 것과 각각 반대의 각도에서 광 조사된다. 즉, 영역 A는 우측 45°각도에서 UV선으로 조사되는 동안, 영역 B는 포토 마스크에 의해 피복되고; 반면에, 영역 B가 좌측 45°각도에서 UV선으로 조사되는 동안, 영역 A는 포토 마스크에 의해 피복된다. 이에 따라, 서로 다르게 배향된 2개의 영역이 생성된다. 그러나, 상술한 바와 같이, 포토 마스크 배향 정밀도의 한계로 인해 대략 2 ㎛ 이하의 폭을 갖는 배향 불향 영역(7)의 발생을 야기한다.

그 후, 기판(1 및 2)들이 소정 간격을 두고 서로 대향할 수 있도록 기판(1 및 2)이 4.5 ㎛ 이하의 반경을 갖는 다수의 스페이서(도 4에는 도시하지 않음)에 의해 지지되어 서로 고정된다(단계 S5). 이 때, 기판(1)의 각 배향 분할 경계가 기판(2)의 대응하는 것과 정합될 수 있도록 기판(1 및 2)가 스페이서들을 통해 서로 중첩된다. 이 배향 정밀도는 대략 4 ㎛ 이하이다. 그 후, 소정의 부의 유전율 이방성을 갖는 액정을 기판(1과 2) 사이의 스페이서 내에 충전한다. 액정으로서는, 예를 들면 MLC-6608(MERCK사 제조)을 사용한다.

상기 처리에 따라, 액정이 채워진 층이 도 4에 나타낸 바와 같이 배향될 수 있다. 즉, 분할된 영역 A 및 B가 배향 분할에 의해 폭 X를 갖는 배향 불량 영역 C를 통해 형성된다. 그 결과, 각각의 영역 A 및 B 내의 배향 액정 분자의 방향이 서로 다르다. 영역 A 내의 액정 분자(14 내지 16)는 배향막(10 및 11)의 배향에 따라 우측 하부 위치에서 좌측 상부 위치를 향하여 경사지게 배향되고, 반면에 영역 B 내의 액정 분자(14 내지 16)는 배향막(10 및 11)의 배향에 따라 좌측 하부 위치에서 우측 상부 위치를 향하여 경사지게 배향된다. 즉, 도 4의 영역 A 및 B를 전체로서 본 경우 액정 분자(14 내지 16)는 도 4에 도시된 바와 같이 일본 문자 "ハ"의 반전된 형상으로 배향된다. 보다 상세하게는, 액정 분자(14 내지 16)는 배향막(10)으로부터 기판(1)의 법선 방향으로 전극(3)의 개구(3) 외측에 배치된 양측 영역 내의 액정 분자들이 보다 이격될수록 배향막(10)이 확장되는 방향으로 개구(5)로부터 더 멀리 배치되는 자세로 배향된다. 환언하면, 개구(5)는 액정 분자의 일본 문자 "ハ"의 반전된 형상의 정점에서 전극(3) 상에 형성된다.

도 6에 도시된 바와 같이, 개구(5)가 형성되는 전극(3) 측에서 기판(1) 상으로 투영될 때의 영역 A 및 B 내의 각 액정 분자의 배향 방향(17) (즉, 액정 분자를 기판(1) 상에 투영하여 생기고, 각 액정 분자의 기판에 가까운 측의 단부로부터 그의 먼 단부를 향하여 확장되는 배향 방향)은 개구로부터 떨어진 위치를 향하고 있다. 개구(5)의 연장 방향(즉, 도 6의 수직 방향)과 이루는 각도 θa 및 θb는 0°를 초과하지만 180°보다는 작다.

액정 분자들은 상기 조건을 만족시키는 한 트위스트 배향으로 배열될 수 있다. 즉, 기판 상의 영역 A 및 B 내의 액정 분자를 투영하여 생긴 배향 방향을 기판(1)으로부터 기판(2)을 향하여 점차 변화시켜, 기판(1)측의 각각의 액정 분자(14), 중앙의 액정 분자(16), 및 기판(2)측의 액정 분자(15)의 배향 방향이 서로 다르게 될 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 광학 필름(12 및 13)이 기판(1 및 2)의 각 외부면에 코팅된다. 이들 광학 필름(12 및 13)은 편광판 또는 편광판과 광학 보상판의조합으로 구성될 수 있다. 예를 들면, 기판(1 및 2)의 상부에 편광판을 코팅하여 각각의 편광판의 흡수축이 서로 교차할 수 있고, 기판 상의 액정 분자를 투영하여 생긴 배향 방향이 각 흡수축과 45°를 이룰 수 있다. 또한, 부의 굴절 이방성(지연 △nd = -400 nm)을 갖는 광학 보상판을 기판(2) 상부에 미리 부착되어 있는 편광판의 상부에 부착하여, 광학 보상판의 광축이 편광판의 표면과 직교할 수 있다.

이하, 본 실시예의 LCD의 동작을 설명한다. 각각의 가판(1 및 2) 상의 전극(3 및 4) 사이에 소정 전압을 인가하여 액정 분자를 경사지게 배향하여, 각 액정 분자와 기판 사이의 각도를 감소시킬 수 있다. 각각의 액정 분자(14, 15 및 16)의 각도는 광 투과의 변화를 일으키는 전위차에 따라 변화한다. 본 실시예에서는, 개구(5)가 배향을 분할하는 경계에서 형성되므로, 소정 전압을 인가하여 생긴 개구(5) 주위의 전계가 영역 A와 B 사이의 경계 위치를 그대로 유지할 수 있게 한다(즉, 경계 위치가 고정된다). 그 결과, 각 영역 A와 그에 대응하는 영역 B의 비는 재현성 좋게 일정하게 고정될 수 있다. 본 발명의 LCD에 따르면, 상술한 바와 같이 개구(5)와 배향층(10)은 배향 불량 영역의 확장을 방지할 뿐만 아니라, 영역 A 및 B 내의 액정 분자의 규칙적인 배향 방향을 유지한다.

따라서, 각 화소 내의 서브 영역(예를 들면, 본 실시예에서는 2개의 영역 A 및 B) 간의 비가 일정하게 유지된다. 이는 다양한 시점에서 봤을 때 각 화소의 계조가 광범위하게 변화되지 않게 한다. 그 결과, 본 발명의 LCD는 맑고 넓은 시각을 제공할 수 있다. 또한, 고속 응답 특성이 얻어진다.

상기 실시예에서는 W = X의 관계이지만, 이와 반대로 W ＜ X (예를 들면, X= 50 ㎛; W = 6 ㎛)의 관계도 그 결과가 전자의 것보다 열등하더라도 가능하다. W ＜ X의 경우의 결과는 전극 상에 개구가 없는 경우보다 적어도 양호하다.

또한, 각 화소 내의 단일 개구(5) 대신에, 10 ㎛의 소정값과 동일한 길이를 갖는 다수의 직사각형 개구의 파선이 영역 A와 B 사이의 경계를 따라 또는 경계 위에 소정 간격을 두고 형성될 수 있다. 상술한 다수의 개구의 총 길이는 경계의 길이의 1/3 이상인 것이 바람직하다.

또한, 전극(3) 상에 개구가 없는 것을 제외하고는 본 발명에 따른 상기 LCD와 동일한 실험에 의한 LCD에 따르면, 가변 전압의 인가로 인해 각 경계의 면적이 크게 이동하는 것을 알았다. 그 결과, 영역 A와 영역 B의 면적비가 고정될 수 없다.

또한, 상술한 광 배향 처리를 행하지 않는 것을 제외하고는 본 발명에 따른 상기 LCD와 동일한 실험에 의한 다른 LCD에 따르면, 개구의 확장 방향과 수직이 되도록 확장되는 각 화소 전극의 측면 부근에 배향 불량 영역이 쉽게 발생될 수 있는 것을 알았다. 또한, 각각의 인가 전압에 대한 응답 속도가 본 발명의 제1 실시예에 따른 상기 LCD보다도 늦다.

(제2 실시예)

다음에, 본 발명의 제2 실시예에 따른 LCD에 대하여 도 7을 참조하여 설명한다. 도 7은 제2 실시예의 LCD 내의 1 화소 부분을 도시한다. 도 4 및 도 6과 동일한 기능 요소에는 동일한 참조 번호를 병기한다.

본 실시예에서는, 제1 실시예에서 설명한 개구(5) 외에, 다수의 개구(5')가기판(2)의 하측 상에 형성되는 전극(4) 상에 형성된다. 도 7에 도시된 바와 같이, 기판(2)의 하측 상에 있는 전극(4) 상의 각 개구(5')와, 기판(1)의 상부 상에 있는 전극(3) 상의 개구(5)는 양 기판에 평행한 방향으로 소정 간격을 두고 배열된다. 각각의 개구(5 및 5')의 일측 상의 영역 내의 액정 분자의 배향 방향은 타측 상의 영역 내의 액정 분자의 배향 방향과 다르다. 즉, 인접하는 2개의 개별 영역 각각이 액정 분자가 서로 다르게 배향된 그룹을 포함하는 화소 내에 4개의 개별 분할 영역들이 형성된다.

또한, 화소 내의 분할 영역 수는 4개에 한정되지 않는다. 각 화소 면적이 큰 경우, 분할 영역 수는 자연적으로 증가될 수 있다.

또한, 본 실시예에서는, 개구(5 및 5')가 배치되어 있는 경계가 서로 평행하게 연장되도록 배열된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 교차하는 경계가 교대로 배열될 수 있다. 이러한 구성에서는, 기판 상의 액정 분자의 각 분할 그룹의 투영 배향 방향의 그룹들이 경계들 중 어느 것과도 평행하지 않다. 예를 들면, 각 그룹의 배향 방향들은 대응하는 경계와 45°각도를 이루도록 형성된다. 이러한 구성에 따라, 동일한 결과를 얻을 수 있다.

(제3 실시예)

다음에, 본 발명의 제3 실시예에 따른 TFT(Thin Film transistor) 매트릭스를 이용한 액티브 매트릭스 LCD 및 그 제조 방법에 대하여 도 8 및 도 9를 참조하여 설명한다. 도 8은 도 9의 A-A'선을 따른 LCD 내의 1 화소 부분의 단면도를 도시하고, 도 9는 이 화소의 일부 평면도를 도시한다. 제3 실시예의 LCD는 제1 실시예의 형태에 기초하여 구성된다.

도 8 및 도 9에서, 우선, 게이트 전극(403) 및 게이트 배선(501)이 스퍼터링 및 포토리소그래피 공정에 의해 투명 유리 기판(401) 상에 형성된다. 게이트 전극(403) 및 게이트 배선(501)은 단층 금속막이나 다층 금속막(예를 들면 Cr막, ITO막, 또는 이들 막들의 조합)으로 이루어진다. 다음에, 실리콘 질화물 및 실리콘 산화물의 2층으로 이루어진 게이트 절연막(404)이 CVD 시스템에 의해 최종면 상에 형성된다. 다음에, 비정질 실리콘(예를 들면, a-Si 또는 n⁺a-Si)으로 이루어진 반도체층(405)이 CVD 및 포토리소그래피 공정을 이용하여 미리 형성된 게이트 절연막(404)의 상부에 형성된다. 각각이 Cr 또는 ITO 등의 단층 금속막이나, 예를 들면 이들 물질의 조합으로 이루어지는 다층막으로 이루어지는 드레인 전극(406), 소스 전극(407), 및 드레인 배선(502)이 스퍼터링 및 포토리소그래피 공정에 의해 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같은 구조로 최종면 상에 전부 형성된다. 상기 공정에 따라, 게이트 배선(501), 드레인 배선(502), 및 게이트 배선(501)과 드레인 배선(502)의 교점에 배치되는 스위칭 TFT가 완성된다. 그 후, ITO 등의 투명 도전막으로 이루어진 화소 전극(408)이 스퍼터링 및 포토리소그래피 공정에 의해 형성된다. 그 후, 실리콘 질화물로 이루어진 보호막(409)이 CVD 및 포토리소그래피 공정을 이용하여 형성된다. 다음에 폴리이미드로 이루어진 배향층(414)이 최종면 위에 형성된다. 형성된 배향층(414)이 광 배향 처리된다.

다음에, 기판(401)과 대향하도록 배치되는 기판(402)의 제조 순서에 대하여설명한다. 우선, 컬러 필터막(410)이 유리 등의 물질로 이루어진 투명 기판의 하측 상에 형성된다. 그 후, 다수의 화소들에 의해 공유되며 ITO막 등의 투명 도전막으로 이루어진 공통 전극(411)이 스퍼터링 및 포토리소그래피 공정에 의해 컬러 필터막(410)의 하측 상에 형성된다. 그 후, 도 9에 도시된 바와 같이, 개구(412 및 413)가 공통 전극(411) 위와 상이한 배향의 인접하는 영역들 사이의 경계를 나타내는 경계선 B-B'을 따라 형성된다. 도 9에 도시된 바와 같이, 개구(412 및 413)는 경계의 부분 영역에 배치된다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 이들은 대부분의 경계를 피복하도록 보다 더 길게 할 수 있다. 그 후, 폴리이미드 등의 유기막으로 이루어진 배향층(415)이 공통 전극의 하측 상에 형성되고 나서, 광 배향 처리된다. 배향층(414 및 415)의 광 배향 처리는 제1 실시예와 동일한 방법으로 행해진다.

그 후, 기판(401 및 402)이 일정 간격을 두고 서로 대향하도록 배열된다. 다음에, 그들 사이에 액정을 충전한다. 다음에, 광학 필름(416 및 417)이 기판(401 및 402)의 각 외측 상에 부착된다. 상기 공정은 제1 실시예와 동일한 방법으로 행해진다.

전극(411) 상의 개구(412)가 상측에 고정되기 때문에 배향된 액정 분자(418)의 방향은 도 4에 도시된 바와 같이 제1 실시예와 반대이다. 도 6의 기판 상에 배향된 액정 분자의 방향을 투영하는 방향은 도 8의 기판(402) 상에 배향된 액정 분자(418)의 방향을 투영하는 방향과 동일하다. 따라서, 상술한 제3 실시예의 결과는 제1 실시예와 동일하다.

또한, 제3 실시예에서는 2개의 개구(413 및 414)가 전극(408) 상에 형성되지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 2개 이상의 개구가 경계를 따라 형성될 수 있다. 또한, 개구(413 및 414)의 배치는 도 9의 것에 한정되지 않고, 경계를 따라 임의로 개구를 배치할 수 있다.

(제4 실시예)

다음에, 본 발명의 제4 실시예에 따른 LCD에 대하여 도 10 내지 도 12를 참조하여 설명한다. 도 10은 본 발명에 따른 도 11의 C-C'선에 따른 LCD 내의 1 화소 부분을 도시한 단면도이다. 도 11은 LCD 내의 화소의 일부 평면도이다.

제4 실시예의 LCD 구조는 다음과 같은 점에서 제3 실시예와 다르다.

1. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 개구(601 및 602)는 전극(603) 상에 형성된다.

2. 도 11에 도시된 바와 같이, 서로 다르게 배향된 상부 및 하부 영역(603) 사이의 경계선 D-D'은 게이트 배선(501)과 평행하고; 여기서, 오목 개구(601 및 602)는 경계선 D-D'을 따라 형성된다.

3. 또한 도 11에 도시된 바와 같이, 서로 다르게 배향된 2개의 상부 및 하부 영역(603)은 드레인 배선을 따라 수직으로 형성되고(광 배향 처리가 적절히 수행됨); 도 12에 도시된 바와 같이, 개구(601 및 602)가 형성되고 기판(401) 상에 액정 분자(604)를 투영하는 각각의 영역 E 및 D(즉, 상부 및 하부 영역(603)) 내의 액정 분자(604)의 방향(801)은 개구(601 및 602)(즉, 도 11의 경계선 D-D')를 향하며; 상기 방향(801)은 개구(601 또는 602)의 어느 하나의 연장 방향과 각각 소정각도 θd 및 θe(여기서, θd 및 θe는 0°를 초과하지만 180° 미만임)를 이룬다.

제4 실시예의 LCD의 결과는 제1 실시예와 상당히 유사하다.

또한, 본 발명의 따른 제1 내지 제4 실시예의 LCD는 액티브 매트릭스 구동 모드, 단순 매트릭스 구동 모드, 및 시그먼트 구동 모드 중 어느 것에서도 구동될 수 있다.

요약하면, 상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 LCD는, 액정 분자가 수직으로 또는 거의 수직으로 사전 배향되고 소정 전압 인가시 수평으로 배향되며, 또한 부의 유전율 이방성을 갖는 액정 분자의 영역이 서로 다르게 배향되는 수직 배향 모드를 채용한 것이다. 또한, LCD는 기판의 표면 상에 형성되는 전극 상에 서로 다르게 배향된 인접하는 영역들 사이의 경계를 따라 형성된 개구를 갖는다. 이러한 구조는 경계의 액정 분자의 배향 불량 영역이 확대될 가능성을 방지하여, 각 영역의 배향이 안정하게 제어될 수 있다. 그 결과, 영역들 간의 면적 분할비가 고정값으로 유지된다. 또한, 다양한 시점에서 봤을 때 생기는 각 화소의 계조 변화 가능성을 제어하여, 넓은 시야각의 표시가 제공될 수 있다. 또한, 고속 응답 속도로 표시를 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 LCD 및 그 제조 방법에 대하여 몇몇의 바람직한 실시예들과 관련하여 설명했지만, 본 발명에 의해 포함되는 주체는 특정 실시예에 한정되는 것이 아니라, 다음의 특허청구범위의 사상 및 범주 내에서 모든 대체, 변형 및 등가를 포함할 수 있다.

Claims

배향층의 서로 다르게 배향된 복수의 영역들로 형성되는 각 화소를 갖는 LCD에 있어서,

전극(3)의 상부와 개구(aperture)(5) 내에 배치된 배향층(10) 내에서 각 액정 분자(14, 15, 16)를 배향시키는 서로 다르게 배향된 인접한 영역들 사이의 경계를 따라 형성되는 적어도 하나의 개구(5)를 갖는 전극(3)을 포함하며, 상기 개구(5)의 최소 허용가능한 폭(W)은 상기 경계 내의 배향 불량 영역의 폭(X)과 동일한 것을 특징으로 하는 LCD.
제1항에 있어서, 상기 개구(5)의 최대 허용 폭(W)은 상기 경계의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 LCD.
제1항에 있어서, 상기 전극(3)을 통해 어떠한 전계도 인가되지 않았을 때 상기 배향층(10)이 상기 액정 분자(14, 15, 16)를 수직 또는 거의 수직으로 배향시키는 것을 특징으로 하는 LCD.
제1항에 있어서, 상기 전극(3)은 상기 경계를 따라 복수의 개구(5)의 파선으로 구성되는 것을 특징으로 하는 LCD.
제1항에 있어서,

소정 간격을 두고 상기 전극(3)과 대향하는 제2 전극(4); 및 상기 제2 전극(4) 상에 배치되며 제2 경계와 상기 제2 경계를 샌드위칭하는 서로 다르게 배향된 영역들로 구성된 제2 배향층(11)을 더 포함하며,

상기 제2 경계는 상기 배향층(10)에서의 상기 경계의 수평 위치와 거의 동일한 수평 위치에 정렬되는 것을 특징으로 하는 LCD.
제5항에 있어서, 상기 제2 전극(4)은 상기 전극(3) 상의 개구(5)의 수평 위치와 동일한 수평 위치에 배치되지 않도록 정렬되는 제2 개구(5')를 포함하는 것을 특징으로 하는 LCD.
제6항에 있어서, 상기 제2 개구(5')의 최소 허용 폭은 상기 제2 경계 내의 배향 불량 영역의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 LCD.
제7항에 있어서, 상기 제2 개구(5')의 최대 허용 폭은 상기 제2 경계의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 LCD.
배향층의 서로 다르게 배향된 복수의 영역들로 형성된 각 화소를 갖는 LCD에 있어서,

전극(3)의 상부와 개구(5) 내에 배치된 배향층(10)에서 상기 전극(3)을 통해 전계가 인가되지 않았을 때 각 액정 분자(14, 15, 16)를 수직 또는 거의 수직으로 배향시키는 서로 다르게 배향된 인접한 영역들 사이의 경계를 따라 형성되는 적어도 하나의 개구(5)를 갖는 전극(3)을 포함하는 것을 특징으로 하는 LCD.
제9항에 있어서, 상기 개구(5)의 최소 허용 폭(W)은 상기 경계 내의 배향 불량 영역의 폭(X)과 동일한 것을 특징으로 하는 LCD.
제10항에 있어서, 상기 개구(5)의 최대 허용 폭(W)은 상기 경계의 폭과 동일한 것을 특징으로 하는 LCD.
LCD의 제조 방법에 있어서,

기판(1)의 상부 상에 배치되는 전극(3) 상에 형성될 경계를 따라 이후에 생기는 경계 내의 배향 불량 영역의 예상 폭 X와 동일하거나 그보다 긴 개구 폭 W를 갖는 적어도 하나의 개구(5)를 형성하는 개구 형성 단계(S1);

상기 개구 형성 단계에서 처리된 최종의 표면 위에 배향층(10)을 퇴적하는 퇴적 단계(S2); 및

각각의 액정 분자들을 배향시키는 서로 다르게 배향된 영역들과, 상기 배향층(10) 내에 있는 모든 상기 서로 다르게 배향된 영역들 사이에 샌드위치되는 상기 경계를 생성하는 생성 단계(S3)

를 포함하는 것을 특징으로 하는 LCD의 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 개구(5)의 폭(W)은 상기 경계의 폭과 동일하거나 그보다 짧은 것을 특징으로 하는 LCD의 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 생성된 서로 다르게 배향된 영역들은 상기 전극(3)을 통해 전계가 인가되지 않았을 때 상기 액정 분자들을 수직 또는 거의 수직으로 배향시키는 것을 특징으로 하는 LCD의 제조 방법.
제12항에 있어서, 각 액정 분자를 배향시키는 제2 그룹의 서로 다르게 배향된 영역들과, 제2 전극(4) 상에 배치된 제2 배향층(11)에 있는 상기 제2 그룹의 모든 서로 다르게 배향된 영역들 사이에 샌드위치되는 제2 경계를 생성하는 제2 생성 단계(S4)를 더 포함하며, 상기 서로 다르게 배향된 제2 영역들은 상기 생성 단계(S3)에서 생성된 배향층(10) 내의 서로 다르게 배향된 영역의 배향 방향과 일치하여 정렬되고, 상기 제2 경계는 상기 생성 단계(S3)에서 생성된 경계와 수평 정합되는 것을 특징으로 하는 LCD의 제조 방법.
제15항에 있어서, 상기 제2 전극(4) 상에 상기 제2 경계를 따라 적어도 하나의 제2 개구(5')를 형성하는 제2 개구 형성 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 LCD의 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 제2 개구 형성 단계는 상기 제2 전극(4) 상에 상기 제2 경계를 따라 복수의 제2 개구(5')의 파선을 형성하는 것을 특징으로 하는 LCD의 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 제2 개구 형성 단계는 상기 제2 전극(4) 상에 상기 제2 경계를 따라 오목한 제2 개구(5')를 형성하는 것을 특징으로 하는 LCD의 제조 방법.
제4항에 있어서, 상기 복수의 개구(5)의 상기 파선의 총 길이는 상기 경계 길이의 1/3 이상인 것을 특징으로 하는 LCD.