KR100402065B1 - 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

1 화소내에서 배향제어막상에 경사도(a/b)가 1 이하의 단차부가 형성되고, 배향제어막이 편광광조사에 의하여 액정배향능을 부여가능한 재료로 이루어 편광광조사에 의하여 단차근방까지 액정배향능을 부여한다. 배향제어막과 기판과의 사이에 두껍게 또한 투명한 유기고분자층을 개재시켜, 밀착성과 투명성을 양립시킨다. 이에 따라 배향처리의 제조마진이 좁다는 문제를 해결하고, 초기배향방향의 변동에의한 표시불량의 발생을 저감하여 콘트라스트비를 높인 고품위의 화질을 가지는 특히 대형의 액정표시장치를 제공할 수 있다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

액정표시장치의 화면사이즈의 대형화, 광시야각화, 다색화에 대한 요구가 강해지고 있다. 대형화에 필수인 시야각 특성에 관해서는 중간조절 레벨이 반전하지 않는 범위, 휘도, 콘트라스트비, 색조가 변화하지 않는 범위 등, 정의가 다수존재한다. 다색표시에 있어서는 각각의 표색재현성을 높일 필요가 있고, 이들중 어느것도 정의에 의거하는 시야각 특성도 발본적으로 향상할 필요가 있다. 이와 같은 광시야각도와 대화면화를 양립하는 액정표시로서, IPS액정과 박막트랜지스터(Thin 필름 transistor : TFT)를 조합시킨 방식(IPS-TFT-LCD)의 제안이 이루어져(오다 외, 프로시딩오브더 15Th 인터내셔널 디스플레이 리서치컴파렌스(아시아 디스플레이 '95)p.707), 표시화면 사이즈가 대각 13.3인치(CRT의 15형 상당)인 모니터시스템의 실용화가 개시되었다(곤도 외 에스아이디'96다이제스트 No.8.1).

그러나 이후 CRT로 주류가 되어 있는 17형 이상의 보다 큰 화면에 대응한 IPS-TFT-LCD를 실용화하려면, 대형패널용의 새로운 구조나 프로세스의 개발이 필요하다. 종래기술에서는 본 발명이 대상으로 하는 단차구조가 있는 패널에 있어서, 균일배향성을 부여하는 방법에 관해서는 언급되어 있지 않다.

IPS-TFT-LCD에 있어서는 배향처리에 곤란이 따른다. 그 마진은 종래형의 TN(Twisted Nematic)방식, 그중에서도 현재 주류인 노말리오픈형 TN방식(저전압으로 명(明), 고전압으로 암(暗)표시)에 비하여 현저하게 좁다. 마진이 좁은 이유는 이하의 (1) ~ (3)의 3가지 점이다.

(1) 단차구조

IPS-TFT-LCD에 있어서는 원리상 수미크론 정도의 폭을 가지는 가늘고 긴 전극(교차지전극(Inter digital electrode)라 불리우는 경우도 있음)을 다수 배치할 필요가 있다.

그 때문에, 미세한 단차구조가 형성된다. 단차의 크기는 전극의 두께나 그 위에 형성되는 각종 막의 형상에 의하여 결정되나, 통상 0.1미크론이상이다. 이들 막의 최상층에는 폴리이미드 등의 고분자막이 배향제어막(배향막이라고도 함)으로서 형성된다. 종래의 양산기술에 있어서는 이 배향제어막상을 러빙처리하여 액정배향능을 부여한다. 한편으론 러빙용 포는 굵기가 10 ~ 30미크론정도의 가늘은 섬유를 묶어 구성되어 있고, 실질적으로는 이 가늘은 섬유하나 하나가 배향막의 국소적인 부분에 일정방향의 전단력을 줌으로써 액정배향능을 부여하는 처리가 이루어진다. 섬유로서는 수미크론정도의 극세섬유도 존재하나, 러빙용으로서는 어느 정도의 마찰력을 부여하기 위한 강성이 요구되기 때문에, 실용화되어 있지 않다. IPS방식에서의 전극간격도 상기 섬유의 지름과 같은 정도인 10 ~ 30미크론정도이기 때문에, 단차근방의 러빙은 충분히 이루어지지 않고 배향이 흩어지기 쉽다. 이 배향의 흩어짐은 흑레벨의 상승, 및 그것에 의한 콘트라스트비의 저하나, 휘도의 불균일성이라는 화질의 저하를 야기한다.

이 문제를 해결하는 방법으로서, 배향막 표면을 평탄화하는 방법이 제안되어 있으나, 완전하게 평탄화하는 것은 이하와 같은 부작용도 초래하여 실용적이지 않다. 제 1은 일정한 액정층두께를 제어하기 위한 스페이서가 이동하기 쉬어지는 현상에 의하여 생기는 문제이다. 스페이서의 이동에 의하여 스페이서분포가 불균일하게 되어 액정층두께도 불균일화하여 휘도의 불균일성이 생긴다. 또 스페이서의 이동시에 배향막 표면을 손상하는 광누출도 야기된다. 이 점에서도 어느 정도의 단차는 필요하다. 또한 이 스페이서의 이동의 문제를 해결하려면, 단차는 한쌍의 기판중 어느것으로도 형성하면 좋은 것이나, TFT측을 평탄화하여 대향기판측에 단차를 형성하는 경우에는 주의가 필요하다. IPS방식에서는 유효한 횡전계를 인가하기 위하여 가늘고 긴 빗살형상의 전극을 다수형성할 필요가 있고, 이 결과 TFT측 기판상에 다수의 단차가 생긴다. 이 단차의 해소에는 유기고분자막을 두껍게 도포하는 것이 효과적이나, 전극상에 두꺼운 절연막을 형성하면 액정에 인가되는 유효전압이 저하한다. 그 결과, 임계치 전압이 높아져버려 고내압의 드라이버를 사용하지 않고서는 안되고 소비전력이 높아진다는 문제가 발생한다. TFT측 기판에 적절한 두께의 절연막을 형성하여, 적절한 단차를 남기는 것이 현실적이다. 도 1에 기재되어 있는 액정층 두께(d)와 단차(a)의 비(a/d)는 적어도 0.02이상으로 할 필요가 있다. 특히 예를 들어 대각 사이즈가 18인치를 넘는 대형의 패널을 구동하려면, 드라이버(LSI)로부터의 전압파형의 왜곡을 억제하기 위하여 전극의 저항치를 낮게 할 필요가 있고 전극은 두껍게 하지 않을 수 없다. 대형패널에서는 단차는 필연적으로 남는 것이다.

(2) 배향각

IPS-TFT-LCD에 있어서는 초기배향방향은 원리상 전극이 신장된 방향, 또는 그것과 수직인 방향으로부터 어느 일정이상의 각도를 가지고 엇갈려 설정할 필요가 있다. 여기서 전극이란, 신호배선전극, 화소내의 공통전극과 화소전극을 가르킨다. 초기배향방향을 러빙으로 규정하려면, 상기한 바와 같이 10 ~ 30미크론 정도의 섬유로 소정각도 방향으로 문지를 필요가 있으나, 신호배선전극, 화소내의 공통전극, 화소내의 화소전극이라는 일정방향으로 신장한 배선과 그 단부의 단차에 의하여 설계각도로부터 단차방향으로 섬유가 질질 끌린다는 문제를 야기한다.

(3) 암레벨의 침체

IPS-TFT-LCD의 측징의 하나로서 암레벨(흑표시)의 침체가 양호한 점을 들 수 있다. 그 때문에 다른 방식에 비교하여 배향의 흩어짐이 눈에 띄기 쉽다.

종래의 노말리오픈형 TN방식에서는 암레벨이 고전압을 인가한 상태로 얻어진다. 이 경우, 고전압에서는 액정분자의 대부분이 기판면에 수직한 일방향인 전계방향으로 모여있고, 그 액정분자배열과 편광판의 배치와의 관계로 암레벨이 얻어져 있다. 따라서, 암레벨의 균일성은 원리상 저전압시의 초기배향상태에는 그다지 의존하지 않는다. 또한 인간의 눈은 휘도의 불균일은 휘도의 상대적인 비율로서 인식하고, 또한 대수 스케일에 가까운 반응을 하기 때문에, 암레벨의 변동에는 민감하다. 이 관점에서도 고전압으로 강제적으로 일방향으로 액정분자를 배열시키는 종래의 노말리오픈형 TN방식에서는 초기배향상태에 둔감하게 되어 유리하다. 한편, 횡전계방식에서는 저전압 또는 전압제로에 있어서 암레벨의 표시를 하기 때문에, 초기배향상태의 흩어짐에는 민감하다. 특히 액정분자 배향방향을 상하기판상에서 서로 평행하게 하는 호모지니어스배열로 하고, 또한 한쪽의 편광판의 광투과축을 그 액정분자 배향방향으로 평행, 다른쪽의 편광판을 직교로 한 배치(복굴절 모드라 함)에서는 액정층에 입사한 편광광은 직선편광을 거의 흩트리지 않고 전파한다. 이것은 암레벨을 침체시키는 데 유효하다.

복굴절 모드의 투과율(T)은, 일반적으로 다음의 (1)식으로 나타낸다.

T = T0 ·sin2{2θ(E)}·sin2{(π·deff·Δn)/λ}

여기서 T0은 계수이고, 주로 액정패널에 사용되는 편광판의 투과율로 결정하는 수치, θ(E)는 액정분자의 배향방향(액정층의 실효적인 광축)과 편광투과축이 이루는 각도, E는 인가전계강도, deff는 액정층의 실효적인 두께, Δn은 액정의 굴절율 이방성, λ은 광의 파장을 나타낸다. 또 여기서 액정층의 실효적인 두께(deff)를 액정의 굴절율 이방성(Δn)의 곱, 즉 deff ·Δn을 리터데이션이라 한다. 또한 여기에서의 액정층의 두께(deff)는 액정층 전체의 두께가 아니라, 전압이 인가되었을 때, 실제로 배향방향을 바꾸는 액정층의 두께만을 가르킨다. 왜냐하면, 액정층의 계면근방의 액정분자는 계면에서의 앵커링의 영향에 의하여 전압이 인가되어도 그 배향방향을 바꾸지 않기 때문이다. 따라서 기판에 의하여 끼워유지된 액정층 전체의 두께를 dLC라 하면, 이 두께(dLC와 deff)의 사이에는 항상 deff＜dLC의 관계가 있고, 그 차이는 액정패널에 사용하는 액정재료와, 액정층과 접하는 계면, 예를 들어 배향막 재료의 종류에 의하여 다르나, 대략 20 ~ 40nm정도로 견적할 수 있다.

상기의 식(1)에서 분명한 바와 같이, 전계강도에 의존하는 것은 sin2{{2θ(E)}의 항이며, 각도(θ)를 전계강도(E)에 따라 바꿈으로써 휘도를 조정할 수 있다. 노말리크로즈형으로 하려면, 전압무인가시에 θ= 0가 되도록 편광판을 설정하기 때문에 초기배향방향의 흩어짐에 민감하게 되도록 작용하는 것이다.

(4) 광배향법의 과제

후기하는 바와 같이, (1) 내지 (3)의 과제는 종래의 러빙법으로 바꾸어 광배향법을 도입함으로써 해결가능하다. 광배향법에는 크게 구별하여 광분해형과 광반응형이 존재한다. 어느 경우도 실용상 이하와 같은 과제가 있다. 배향막 재료와 기판사이의 밀착성 향상에는 어느정도의 두께가 필요하나, 그렇게 하면 광반응성과 투명성의 양립이 어려워진다. 경우에 따라서는 착색이 심하게 되어 광의 이용효율이나 화질이 저하하는 경우도 있다. 이 배향제어막과 기판과의 밀착성의 확보는 실용상 중요하며, 광배향법의 성부의 포인트이다.

또 상기와 같이 단차구조가 있는 기판에 광배향법을 적용함에도 이하와 같은 점에 유의할 필요가 있다. 광배향법에서는 배향막 전면에 예를 들어 자외광가 같은 표면을 개질하는 능력을 가진 광을 조사하나, 이 때, 단차부에서의 광의 반사가 일어나기 때문에, 반사후의 광의 경로에도 유의할 필요가 있다. 단차부는 완만하게 경사진 테이퍼구조가 바람직하다. 도 1에서 나타낸 파라미터의 비, a/b를 1 이하(경사각으로 45도 이하)로 하면, 테이퍼부분에서의 반사광은 화소부에 도달하지 않고, 배향불량을 야기하지 않는다.

본 발명은 기판에 대하여 대략 평행한 방향으로 전계를 액정층에 인가하여 동작시키는, 소위 횡전계(In-plance스위칭 : IPS)방식의 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 배향제어막의 생산성이 양호한 대형패널용의 구조에 관한 것이다.

도 1은 도 2의 모식단면도의 일부분을 확대하여 절연막, 투명한 유기고분자층, 배향제어층을 나타내는 도,

도 2는 본 발명의 액정표시장치의 셀의 모식단면도를 나타내는 도,

도 3은 전계방향에 대한 액정분자 장축배향방향과 편광판 편광투과축의 각각이 이루는 각을 나타내는 도,

도 4는 횡전계방식의 액정표시장치에 있어서의 액정의 동작원리를 나타내는 모식도,

도 5는 실시예 1에 있어서의 단위화소부의 전극군, 절연막, 배향제어막의 배치를 나타내는 평면 및 단면을 나타내는 모식도,

도 6은 본 발명의 액정표시장치에 있어서의 회로시스템구성의 일예를 나타내는 도,

도 7은 본 발명의 액정표시장치에 있어서의 광학계 시스템구성의 일예를 나타내는 도,

도 8은 본 발명의 컬러필터측에 단차구조를 가지는 구성의 일예를 나타내는 도,

도 9는 본 발명의 컬러필터측에 단차구조를 가지는 구성의 다른 일예를 나타내는 도,

도 10은 화소의 불투명부에 규칙성을 가지고 형성된 스페이서를 가지는 구성의 본 발명의 일예를 나타내는 도이다.

본 발명의 목적은 이상과 같은 IPS-TFT-LCD고유의 문제인 배향처리의 제조마진이 좁다는 문제를 해결하고 초기배향방향의 변동에 의한 표시불량의 발생을 저감하고 콘트라스트비를 높인 고품위의 화질을 가지는 특히 대형의 액정표시장치를 제공하는 데 있다.

본 발명은 적어도 한쪽이 투명한 한쌍의 기판 사이에 액정층을 끼운 액티브매트릭스형 횡전계 액정표시장치에 있어서, 액정층의 두께는 한 쌍의 기판사이에 분산되어 끼워유지된 스페이서에 의하여 거의 일정한 두께로 제어되고, 한쌍의 기판의 적어도 한쪽의 액정층에 접하는 쪽의 표면상에 있어서, 표시화소내에 형성되어 표면에 배향제어막을 가지는 단차부의 경사도(a/b)가 1이하이고, 배형제어막이 편광광조사에 의하여 액정배향능을 부여가능한 재료로 이루어지고 단차근방까지 액정배향능을 가지도록 하는 데 특징이 있다.

본 발명에 의하면, 단차구조가 있는 패널의 배향제어막을 형성할 때의 양산 마진을 확대될 수 있고, 그 결과 초기배향방향을 균일화한 고품위한 화질을 가지는 특히 대형의 액정표시장치를 제공하는 것이 가능하게 된다. 종래의 러빙법에서는 단차단부가 러빙용 포의 섬유의 가이드로서 작용하고, 단차부가 신장한 방향으로 섬유가 질질 끌리거나 단차의 코너부에 섬유가 닿지 않아 배향처리를 할 수 없어배향불량이 생기거나 한다. 한편 본 발명에서는 편광광조사에 의하여 배향능을 부여하기 때문에, 형상에 의하지 않고 미세한 부분에 까지 일정한 방향의 편광광을 조사할 수 있고 그 결과 액정배향방향도 균일하게 되는 것이다. 또한 단차구조는 전극군을 가지는 기판측이더라도, 통상은 컬러필터가 형성되어 있는 대향측의 기판이더라도 상관없다. 특히 컬러필터의 경계부에 형성되는 블랙매트릭스가 수지재료와 흑색안료로 이루어지는 경우는 이 블랙매트릭스부를 광이 투과하는 화소부보다도 두껍게 하지 않을 수 없기 때문에, 단차가 발생하기 쉽고, 본 발명이 보다 유효하게 작용한다. 반대로 크롬 등의 금속박막재료로 블랙매트릭스를 형성하면, 블랙매트릭스부가 상대적으로 얇아지는 일도 있다. 이 경우에도 본 발명은 유효하다. 또 IPS액정에서는 식 (1)에서 분명한 바와 같이, 광의 파장(λ)마다 최대투과율을 주는 액정층두께(deff)가 다르기 때문에, 컬러필터의 색마다 액정층두께(deff)를 바꾸는 경우에도 단차가 발생하기 때문에, 본 발명이 유효하게 된다. 또 액정의 유전율 이방성이 양이고, 또한 배향제어막상의 전계무인가시의 배향방향과 전계방향이 이루는 각이 45 ~ 88도인 경우나, 액정의 유전율 이방성이 음이고, 또한 배향제어막상의 전계무인가시의 배향방향과 전계방향이 이루는 각이 2 ~ 45도인 경우, 특히 본 발명이 유효하게 된다.

또 본 발명은 적어도 한쪽이 투명한 한쌍의 기판사이에 액정층을 끼운 액티브매트릭스형 횡전계 액정표시장치에 있어서, 분산된 스페이서대신에 화소의 불투명부에 규칙성을 가지고 스페이서를 형성한 경우에도 유효하다. 이 규칙성이 있는 스페이서는 예를 들어 포토리소그래피공정에 의하여 형성할 수 있다. 당연히 스페이서이기 때문에 2 ~ 5미크론정도로 매우 큰 단차를 형성하지 않을 수 없고 러빙법의 적용은 곤란하다.

또 광반응성의 배향막재료와 기판사이의 밀착성이나 착색의 문제에는 특히 배려할 필요가 있다. 이 문제에 대해서는 배향제어막과 기판과의 사이에 배향제어막보다도 두껍고 또한 투명한 유기고분자층을 개재시킴으로써 해결할 수 있다. 투명한 유기고분자층의 두께로서는 0.2 ~ 3미크론이, 배향제어막의 두께로서는 0.01 ~ 0.1미크론이 바람직한 값이다. 유기고분자층에 기판면, 배향제어막층과의 밀착성을 좋게 하는 커플링제를 첨가하면, 밀착성은 더욱 강화된다. 이 유기고분자층은 어느정도의 두께를 가지기 때문에, 온도변화 등에 의하여 생기는 왜곡을 경감하도록 작용한다. 또한 보다 바람직하게는 배향제어막과 투명한 유기고분자층의 어느것도 폴리이미드이면 같은 계통의 재료이기 때문에, 밀착성이 더욱 강화된다. 투명한 유기고분자층이 비정질인 경우는, 막면 전면이 균일한 상태이기 때문에, 더욱 왜곡의 경감이나 밀착성의 향상이 얻어진다. 또 상기와 같은 투명한 유기고분자층을 두껍게 형성하려면 농도가 8%이상의 폴리아믹산을 도포하고, 그후 이미드화가 어느정도 진행되는 온도로 가열하면 좋고, 배향제어막을 얇게 형성하려면 농도가 0.5 ~ 6%의 가용성 폴리이미드 또는 폴리아믹산을 도포한 후, 용제가 증발하는 온도이상으로 가열하면 좋다. 폴리아믹산의 경우는 이미드화가 진행되는 온도까지 올리는 것이 바람직하다.

이하, 실시예의 구체적인 구성을 기재한다.

〔실시예1〕

도 2에 본 실시예인 액정표시장치의 셀의 모식단면도를 나타낸다. 투명한 한 쌍의 기판(1, 1')의 사이에 복수의 화합물을 조성화한 액정층(32)이 끼워유지되어 있다. 도 2에서는 막대형상의 액정분자(6)에 의하여 모식적으로 도시하였다. 한 쌍의 기판(1, 1')의 양바깥쪽에는 편광판(9, 9')이 배치되어 있다. 한쪽의 기판(1)의 셀내측의 면상에는 스트라이프형상의 전극(2, 3)이 형성되고, 그 위에 절연층(4)이 형성되며, 또한 그 위에 배향제어막(8)이 형성되어 있다. 전극(2)은 화상신호에 의하지 않는 정해진 파형의 전압을 인가하는 공통전극이며, 전극(3)은 화상신호에 따라 파형이 변하는 화소전극이다. 또 화소전극(3)과 같은 높이에 영상 신호전극(10)이 배치되어 있다. 화소전극(3)과 영상신호전극(10)의 두께는 어느것이나 0.2 미크론이다. 절연층(4)은 2층이나, 어느것이나 질화실리콘막으로 이루어지고, 두께는 어느것이나 0.4 미크론이다. 대향하는 다른쪽의 기판에는 컬러표시를 행하기 위한 컬러필터(5)가 형성되어 있다.

도 1은 도 2의 전극군 주변의 막구조를 보다 상세하게 나타낸 모식도이다. 전극(3, 10)을 덮는 절연층(4)의 위에는 투명한 유기고분자층(7)이 도포되고, 또한 그 위에는 배향제어층(8)이 도포되어 있다. 투명한 유기고분자층 및 배향제어막의 두께는 각각 0.2 미크론, 0.03미크론으로 하였다. 단차(a)는 0.25 미크론이다. 또 테이퍼부의 폭(b)은 0.35 미크론이며, 비(a/b)는 0.71 이다. 액정층의 두께(d)는 4.0 미크론이며, 비(a/d)는 0.0625이다.

투명한 유기고분자층으로서는 비정질막인 히타치카세이사제 PIQ-1800의 폴리아믹산 용액을 농도를 8.5%로 도포하고, 10분간 온도 150℃로 가열하여 용제를 건조시킨 후, 배향제어막(8)의 전구체(前驅體)인 폴리아믹산의 농도 3%의 용액을 도포하였다. 히타치카세이사제 PIQ-1800의 폴리아믹산 용액에는 커플링제로서 γ-아미노프로필트리에톡시실란을 2 wt% 혼입시켰다. 또한 밀착성을 끌어올리기 위한 커플링제로서는 본 실시예에서 사용한 것에 한정하는 것이 아니라, 이하와 같은 것이어도 좋다. 예를 들어 4-아미노페녹시디메틸비닐실란, 아미노메틸트리메틸실란, 2-아미노에틸아미노메틸트리메톡시실란, 3-아미노프로필디메틸에톡시실란, 메틸트리스(2-아미노에톡시)실란, 3-아미노프로필디에톡시메틸실란 등이어도 좋다. 그 후 200℃, 30분의 소성, 이미드화를 행하였다. 또한 배향제어막(8)의 전구체는 폴리이미드전구체인 폴리아믹산이며, 모노머성분으로서는 디아민화합물로서 디아조벤젠기를 함유하는 화학식 l 과 4, 4'-디아미노디페닐메탄을 같은 몰비로 혼입한 것을 사용하여, 피로멜리트산 이무수물 및 1, 2, 3, 4-시클로부탄테트라카르본산 이무수물의 산무수물에 폴리아믹산으로서 합성한 것이다.

또한 본 실시예에서는 미국특허4,974,94l호에 기재되어 있는 것 같은 아조벤젠기를 도입하여 광이성화 반응성을 부여하여, 편광광조사에 의한 액정배향능을 부여하였으나, 광이성화 반응성을 가지고 액정배향성을 제어할 수 있는 것이면 이것에 한하지 않는다. 예를 들어 스틸벤기같은 것이라도 좋다. 본 실시예에서는 2층의 폴리이미드 전구체막을 형성한 후, 가열소성에 의하여 이미드화를 행하였다. 그 후, 메타놀중에 분산시킨 입자지름이 4.2 미크론의 고분자 스페이서비즈를 용액상태로 분산시켰다. 분산매는 알코올이기 때문에 1분이내에 증발하고 스페이서비즈만 남았다. 분산밀도는 lmm²당 약 1OO개 였다. 그 후, 상하기판을 겹쳐 맞추어 주변부의 밀봉제에 의하여 빈셀상태로 조립하였다.

그 후 파장 436nm에 피크를 가지는 고압수은등을 광원으로 하고, 400nm 이상의 파장의 빛을 투과하는 편광필름을 거쳐 셀 외부로부터 편광광을 조사하였다. 조사광량은 약 2J/cm²이다. 그 후 액정조성물을 실온으로 밀봉하고, 또한 그후 100℃, 10분의 어닐링을 실시하여, 상기의 조사편광 방향에 대하여 거의 수직방향으로 액정배향을 얻었다. 얻어진 배향상태에 있어서의 액정분자 장축방향은 도 3에서 정의한 각도(ΦLC)가 75도가 되도록 하였다. 이와 같이 하여 액정층의 두께 (d)가 4.0㎛의 액정표시장치를 얻었다. 액정조성물로서는 유전이방성이 양인 네마틱액정을 사용하였다. 유전이방성(Δε)의 값은 10.2, 굴절율 이방성(Δn)은 0.073이다.

도 4는 이와 같이 하여 얻어진 패널내에서의 액정분자의 스위칭원리를 나타낸 것이다. 본 실시예에서는 액정분자(6)는 전계무인가시에는 스트라이프형상의 전극의 길이방향으로 수직한 방향에 대하여 ΦLC = 75도가 되도록 하고 있으나, 액정의 유전율 이방성이 양인 경우는, 45도 ≤｜ΦLC｜< 90도가 되도록 하면 좋다. 도 4에 있어서의 액정조성물로서는 유전이방성이 음인 것이어도 상관없다. 그 경우에는 초기배향상태를 스트라이프형상전극의 수직방향으로부터 0도 ≤｜ΦLC｜< 45도로 배향시키면 좋다. 도 4에서는 배향방향(11)을 화살표로 나타내었다. 다음에 도 4(b), (d)에 나타내는 바와 같이 전극(2, 3)의 사이에 전계(13)를 인가하면, 전계(13)의 방향으로 분자장축이 평행하게 되도록 액정분자(6)가 그 방향을 바꾼다. 이 때 식 (1) 의 θ가 전계강도(E)에 따라 변화되어 투과율이 변화된다.

본 실시예에서는 복굴절모드의 표기방식을 채용하였기 때문에, 직교한 편광판의 사이에 액정을 끼웠다. 또한 저전압으로 암표시가 되는 노말리오픈특성으로 하기 위하여 한쪽의 편광판의 편광투과축을 초기배향방향으로 직교시켰다. 관측되는 투과광강도는 식(1)에 의하여 정해진다.

도 5에 본 실시예에 있어서의 단위화소부의 전극군, 절연막, 배향제어막의 배치를 나타낸다. 제5도(a)는 패널면에 수직한 방향에서 본 정면도 이며, 제5도 (b), (c)는 측단면을 나타낸 도이다.

도 6은 본 실시예의 액정표시장치에 있어서의 회로시스템구성을 나타낸다. 수직주사신호회로(17), 영상신호회로(18), 공통전극 구동용회로(19), 전원회로 및 콘트롤러(20)로 구성되나, 본 발명은 이 구성에 한정되는 것이 아니다.

도 7은 본 실시예의 액정표시장치에 있어서의 광학계 시스템구성을 나타낸다. 액정패널(27)의 배면에, 광원(21), 라이트커버(22), 도광체(23), 확산판(24)으로 이루어지는 백라이트유닛(26)이 설치된다. 여기서는 정면휘도를 증대시키기 위한 프리즘시트(25)가 설치되나, 없더라도 문제없다. 오히려 휘도의 시야각 의존성을 경감하기 위해서는 없는 쪽이 좋다.

이상의 구성에 의하여 대각이 13.3인치, 화소수가 1.024 ×RGB ×768의 IPS-TFT-LCD를 시작(試作)한 바, 콘트라스트비가 전면에 걸쳐 300를 넘고 또한 표시균일성이 양호한 액정표시장치가 얻어졌다.

〔비교예 1〕

실시예 1이란 배향제어법으로서 광배향법 대신, 러빙법을 사용한 점만 다르다. 모노머성분으로서는 디아민화합물으로서 4,4'-디아미노디페닐메탄을 사용하고, 광반응성을 가지는 것은 사용하지 않았다.

이상의 구성에 의하여 실시예와 같은 사이즈의 IPS-TFT-LCD를 시작한 바, 단차부에서의 배향의 흩어짐에 따르는 광의 누출이 관측되었다. 그 결과, 콘트라스트비의 불균일성이 보여 낮은 곳에서는 80, 높은 곳에서도 180정도에 멈추었다.

〔실시예 2〕

실시예 l에 대하여, 이하의 점이 다르다.

전극군을 가지는 기판에 대향배치된 다른쪽의 기판상에 단차구조를 부여하였다. 또 이 대향기판에는 컬러필터가 형성되어 있고, 3원색인 빨강(R), 초록(G), 파랑(B)의 경계부에 수지재료와 흑색안료와의 혼합물로 이루어지는 블랙매트릭스를 형성하였다. 도 8에 그 구성을 나타낸다. 블랙매트릭스의 두께는 3원색의 컬러필터부의 어느것보다도 두껍게 되어 있다. 블랙매트릭스 및 3원색의 컬러필터부의 위에는 실시예 l의 전극측 기판상과 마찬가지로 투명한 유기고분자층(7) 및 편광광조사에 의하여 액정배향능이 부여된 배향제어층(8)이 도포되어 있다. 또한 식(1)의 곳에서 설명한 바와 같이 색상마다 최대투과율을 주는 액정층 두께가 다르기 때문에 본 실시예에서는 보다 단파장의 광을 이용하는 청화소의 액정층이 얇아지도록 컬러필터의 두께를 0.2미크론정도 두껍게 하였다. 이 경우 배향제어층(8)의 표면에서의 단차(a)는 최대 0.5미크론이다. 또 테이퍼부의 폭(b)은 0.6 미크론이며, 비(a/b)는 0.83이다. 액정층의 두께(d)는 3.3 미크론이며, 비(a/d)는 0.1 5 이다.

이상의 구성에 의하여 마찬가지로 대각이 13.3인치, 화소수가 1,024 ×RGB ×768의 IPS-TFT-LCD를 시작한 바, 콘트라스트비가 전면에 걸쳐 300을 넘고, 또한 표시균일성의 양호한 액정표시장치를 얻을 수 있었다.

〔실시예 3〕

실시예 2에서는 블랙매트릭스의 두께는 3원색의 컬러필터부의 무엇보다도 두껍게 되어 있었으나, 본 실시예에서는 반대로 블랙매트릭스부가 가장 얇아져 있다. 다른점은 실시예 2와 동일하다. 블랙매트릭스용 부재로서는 저반사의 3층 크롬막을 사용하였다. 이 경우 배향제어층(8)의 표면에서의 단차(a)는 최대 0.15 미크론이다. 또 테이퍼부의 폭(b)은 0.8 미크론이며, 비(a/b)는 0.19이다. 액정층의 두께(d)는 4.2 미크론이며, 비(a/d)는 0.036 이다.

이상의 구성에 의하여 마찬가지로 대각이 13.3인치, 화소수가 1,024 ×RGB ×768의 IPS-TFT-LCD를 시작한 바, 콘트라스트비가 전면에 걸쳐 300을 넘고, 또 표시균일성의 양호한 액정표시장치를 얻을 수 있었다.

〔실시예 4〕

실시예 l 내지 3에서는 스페이서로서 고분자비즈를 분산하여 얻었으나, 본 실시예에서는 포토리소그래피공정에 의하여 블랙매트릭스상에 규칙성을 가지고 높이 2.9 미크론의 기둥을 형성하였다. 화소부의 최대단차(a)는, 0.15 미크론이다. 또 테이퍼부의 폭(b)은 0.20 미크론이며, 비(a/b)는 0.75 이다. 액정층의 두께(d)는 기둥의 높이와 마찬가지로 2.9 미크론이며, 비(a/d)는 0.052 이다.

이상의 구성에 의하여 마찬가지로 대각이 l3.3인치, 화소수가 1,024 ×RGB ×768의 IPS-TFT-LCD를 시작한 바, 콘트라스트비가 전면에 걸쳐 300를 넘고 또한 표시불균일성이 양호한 액정표시장치를 얻을 수 있었다.

본 발명에 의하면, 기판에 대하여 거의 평행한 방향으로 전계를 액정층에 인가하여 동작시키는, IPS-TFT-LCD의 고유의 문제인 배향처리의 제조마진이 좁다는 문제를 해결한다. 또 동시에 초기배향방향의 변동에 의한 표시불량의 발생을 저감한 고품위의 화질을 가지는 액정표시장치를 제공하는 것이 가능하게 된다. 이상에 의하여 특히 대형의 고화질 액정표시장치의 실용화가 가능하게 된다.

Claims (22)

1. 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판과, 상기 한 쌍의 기판사이에 배치된 액정층과, 상기 한 쌍의 기판의 한쪽의 기판상에 형성되어 기판면에 거의 평행한 전계를 상기 액정층에 인가하기 위한 전극군 및 이들의 전극에 접속된 복수의 액티브소자와,

   상기 한 쌍의 기판상의 상기 액정층에 접촉하는 면상에 형성된 배향제어막과, 상기 액정층의 분자배향상태에 따라 광학특성을 바꾸는 광학수단으로 이루어지는 액정표시장치에 있어서,

   상기 액정층의 두께는 상기 한 쌍의 기판사이로 분산되어 끼워유지된 스페이서에 의하여 거의 일정한 두께로 제어되고, 상기 한 쌍의 기판의 적어도 한쪽의 액정층에 접하는 쪽의 표면상에서, 표시화소내에 형성되어 표면에 상기 배향제어막을 가지는 단차부의 경사도(a/b)가 1 이하이며, 상기 배향제어막이 편광광조사에 의하여 액정배향능을 부여가능한 재료로 이루어지고, 편광광조사에 의하여 단차근방까지 액정배향능이 부여된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 액정층의 두께(d)에 대한 상기 단차의 높이(a)의 비, a/d가 0.02 내지 1의 범위인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 한 쌍의 기판중, 상기 단차가 형성된 표면을 가지는 쪽의 기판이 상기 전극군을 가지는 기판인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 한 쌍의 기판중, 상기 단차가 형성된 표면을 가지는 쪽의 기판이 상기 전극군을 가지는 기판에 대향배치된 다른쪽의 기판인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 제 4항에 있어서,

   상기 다른쪽의 기판에 복수의 색상이 다른 컬러필터가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
6. 제 5항에 있어서,

   상기 단차가 복수의 색상이 다른 컬러필터의 경계상에 형성된 블랙매트릭스의 근방에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
7. 제 6항에 있어서,

   상기 블랙매트릭스가 수지재료와 흑색안료로 이루어지고, 빛이 투과하는 화소부보다도 두꺼운 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
8. 제 5항에 있어서,

   상기 복수의 색상이 다른 컬러필터에 대응하는 화소부의 액정층 두께가 다른 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

   상기 액정층의 유전율 이방성이 양이고, 또 상기 액정층의 상기 배향제어막상의 전계무인가시의 배향방향과 전계방향이 이루는 각이 45∼88도인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
10. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,

    상기 액정층의 유전율 이방성이 음이고, 또 상기 액정층의 상기 배향제어막상의 전계무인가시의 배향방향과 전계방향이 이루는 각이 2∼45도인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
11. 적어도 한쪽이 투명한 한 쌍의 기판과, 상기 한 쌍의 기판사이에 배치된 액정층과, 상기 한 쌍의 기판의 한쪽의 기판상에 형성되어 기판면에 거의 평행한 전계를 상기 액정층에 인가하기 위한 전극군 및 이들의 전극에 접속된 복수의 액티브소자와,

    상기 한 쌍의 기판상의 상기 액정층에 접촉하는 면상에 형성된 배향제어막과, 상기 액정층의 분자배향상태에 따라 광학특성을 바꾸는 광학수단으로 이루어지는 액정표시장치에 있어서,

    상기 액정층의 두께는 상기 한 쌍의 기판사이에서 화소의 불투명부에 형성된 스페이서에 의하여 거의 일정한 두께로 제어되고, 표시화소내에 형성되어 표면에 상기 배향제어막을 가지는 단차부의 경사도(a/b)가 l 이하이며, 상기 배향제어막이 편광광조사에 의하여 액정배향능을 부여가능한 재료로 이루어지고, 편광광조사에 의하여 표시영역의 거의 전역에서 액정배향능이 부여된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
12. 제 11항에 있어서,

    상기 스페이서가 포토리소그래피공정에 의하여 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
13. 제 12항에 있어서,

    상기 스페이서가 블랙매트릭스상으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
14. 제 1항 내지 제 13항중 어느 한 항에 있어서,

    상기 배향제어막이 광이성화 반응성을 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
15. 제 14항에 있어서,

    상기 배향제어막이 아조벤젠기, 스틸벤기중 어느 하나를 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
16. 제 14항 또는 제 15항에 있어서,

    상기 배향제어막과 상기 배향제어막을 가지는 기판과의 사이에 상기 배향제어막보다도 두껍게 또한 투명한 유기고분자층이 개재하고 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
17. 제 16항에 있어서,

    상기 유기고분자층이 기판면, 상기 배향제어막층과의 밀착성을 좋게 하는 커플링제를 가지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
18. 제 16항에 있어서,

    상기 투명한 유기고분자층의 두께가 0.2 ∼ 3 미크론이며, 상기 배향제어막의 두께가 0.01∼0.1 미크론인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
19. 제 16항 내지 제 18항중의 어느 한 항에 있어서,

    상기 배향제어막과 상기 투명한 유기고분자층의 어느하나가 폴리이미드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
20. 제 19항에 있어서,

    상기 투명한 유기고분자층이 비정질인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
21. 제 19항 또는 제 20항에 있어서,

    상기 투명한 유기고분자층의 농도가 8% 이상인 폴리아믹산을 이미드화가 적어도 부분적으로는 진행되는 온도로 가열하여 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
22. 제 19항 또는 제 20항에 있어서,

    상기 배향제어막의 농도가 0.5 ∼6% 의 가용성 폴리이미드 또는 폴리아믹산을 도포하여 적어도 용제가 증발하는 온도이상으로 가열하여 형성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.