KR100620933B1 - 액정 디스플레이 장치 - Google Patents

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KR100620933B1
KR100620933B1 KR1020010048168A KR20010048168A KR100620933B1 KR 100620933 B1 KR100620933 B1 KR 100620933B1 KR 1020010048168 A KR1020010048168 A KR 1020010048168A KR 20010048168 A KR20010048168 A KR 20010048168A KR 100620933 B1 KR100620933 B1 KR 100620933B1
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야마모또아끼히로
마에까와가즈히로
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야마구찌데쯔히로
야마다나오시
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오기시마기요시
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Abstract

본 발명의 액정 디스플레이 장치는, 액정층에 대면한 제1 기판의 표면 상에 설치된 제1 전극 및 중간에 개재된 액정층을 통해 제1 전극에 대향하도록 제2 기판 상에 설치된 제2 전극에 의해 각각 한정되는 복수개의 화소 영역을 포함한다. 각각의 화소 영역에서, 제1 전극은 복수개의 개구와 중실부(中實部)를 포함하며, 액정층은 전압이 제1 전극과 제2 전극 사이에 인가되지 않을 때 복수개의 화소 영역 각각에 수직 배향 상태로 있게 되고, 전압이 제1 전극과 제2 전극 사이에 인가될 때, 각각 방사상 경사 배향 상태에 있는 복수개의 액정 도메인이 제1 전극의 복수개의 개구의 각각의 모서리부에서 생성된 경사 전계에 의해 복수개의 개구와 중실부에 각각 형성된다.
액정 디스플레이 장치, 화소 영역, 액정층, 개구, 중실부

Description

액정 디스플레이 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
도 1a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치(100)의 하나의 화소 영역의 구조에 대한 개략적 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 선 1B-1B'를 따라 취한 단면도.
도 2a 및 도 2b는 액정 디스플레이 장치(100)의 액정층(30)을 통해 전압이 인가되는 상태에 대한 개략도로서, 도 2a는 배향이 변경되기 시작하는 상태(ON 초기 상태)에 대한 개략도이고, 도 2b는 정상 상태에 대한 개략도.
도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d는 전기력선과 액정 분자의 배향 사이의 관계에 대한 개략도.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 제1 실시예의 액정 디스플레이 장치(100)의 기판 법선 방향에서 본 액정 분자의 배향 상태에 대한 개략도.
도 5a, 도 5b 및 도 5c는 액정 분자의 방사상 경사 배향의 예들에 대한 개략도.
도 6a 및 도 6b는 제1 실시예의 액정 디스플레이 장치에 사용 가능한 다른 화소 전극의 개략적 평면도.
도 7a 및 도 7b는 제1 실시예의 액정 디스플레이 장치에 사용 가능한 다른 화소 전극의 개략적 평면도.
도 8a 및 도 8b는 제1 실시예의 액정 디스플레이 장치에 사용 가능한 다른 화소 전극의 개략적 평면도.
도 9는 제1 실시예의 액정 디스플레이 장치에 사용 가능한 다른 화소 전극의 개략적 평면도.
도 10a 및 도 10b는 제1 실시예의 액정 디스플레이 장치에 사용 가능한 다른 화소 전극의 개략적 평면도.
도 11a는 도 1a에 도시된 패턴을 갖는 단위 격자에 대한 개략도이고, 도 11b는 도 9에 도시된 패턴을 갖는 단위 격자에 대한 개략도이고, 도 11c는 피치(p)와 중실부의 면적비 사이의 관계를 나타낸 그래프.
도 12a는 대략(substantially) 원형의 단위 중실부를 갖는 화소 전극의 단위 격자에 대한 개략도이고, 도 12b 및 도 12c는 대략 원호형의 코너를 갖는 대략 정방형으로 형성된 단위 중실부를 갖는 화소 전극의 단위 격자에 대한 개략도이고, 도 12d는 대략 정방형으로 형성된 단위 중실부를 갖는 화소 전극의 단위 격자에 대한 개략도.
도 13a는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치(200)의 하나의 화소 영역의 구조에 대한 개략적 평면도이고, 도 13b는 도 13a의 선 13B-13B'를 따라 취한 단면도.
도 14a, 14b, 14c 및 14d는 액정 분자(30a)의 배향과 수직 정렬 특성을 갖는 표면의 형상 사이의 관계를 설명하는 개략도.
도 15a 및 도 15b는 액정 디스플레이 장치(200)의 액정층(30)을 통해 전압이 인가되는 상태에 대한 개략도로서, 도 15a는 배향이 변화되기 시작하는 상태(ON 초기 상태)에 대한 개략도이고, 도 15b는 정상 상태에 대한 개략도.
도 16a, 도 16b 및 도 16c는 각각 개구와 돌기의 배열이 서로 다른 제2 실시예의 액정 디스플레이 장치(200A, 200B, 200C)의 개략 단면도.
도 17은 도 13a의 선 17A-17A'을 따라 취한 액정 디스플레이 장치(200)의 단면 구조에 대한 개략 단면도.
도 18a 및 도 18b는 제2 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치(200D)의 하나의 화소 영역의 구조에 대한 개략도로서, 특히 도 18a는 그 평면도이고, 도 18b는 도 18a의 선 18B-18B'를 따라 취한 단면도.
도 19a는 전압 인가 직후 얻어진 액정 분자의 배향 상태에 대한 개략도이고, 도 19b 및 도 19c는 배향 안정시(정상 상태)의 액정 분자의 배향 상태에 대한 개략적 평면도.
도 20은 세로축이 본 발명의 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치의 백색 디스플레이 상태에서의 투과율을 나타내고 가로축이 12시 방향에 대한 편광축의 각도를 나타내는 그래프.
도 21a는 편광판의 배열에 대한 개략도이고, 도 21b는 편광판이 도 21a에 도시된 바와 같이 배열될 때 얻어진 액정 도메인의 차광 영역(SR)에 대한 개략도.
도 22a는 편광판의 다른 배열에 대한 개략도이고, 도 22b는 편광판이 도 22a에 도시된 바와 같이 배열될 때 얻어진 액정 도메인의 차광 영역(SR)에 대한 개략도.
도 23은 백색 트레일링(trailing) 현상에 대한 개략도.
도 24는 본 발명의 액정 디스플레이 장치에서 트레일링 현상이 방지된 상태에 대한 개략도.
도 25a는 편광판의 배열에 대한 개략도이고, 도 25b는 편광판이 도 25a에 도시된 바와 같이 배열될 때 전압 인가 직후 얻어진 액정 도메인의 차광 영역(SR)에 대한 개략도이고, 도 25c는 편광판이 도 25a에 도시된 바와 같이 배열될 때 배향 안정시(정상 상태) 얻어진 액정 도메인의 차광 영역(SR)에 대한 개략도.
도 26a는 편광판의 배열에 대한 개략도이고, 도 26b는 편광판이 도 26a에 도시된 바와 같이 배열될 때 전압 인가 직후에 얻어진 액정 도메인의 차광 영역(SR)에 대한 개략도이고, 도 26c는 편광판이 도 26a에 도시된 바와 같이 배열될 때 배향 안정시(정상 상태) 얻어진 액정 도메인의 차광 영역(SR)에 대한 개략도.
도 27은 12시 방향에 대한 편광축의 각도가 0도 대략 12도 또는 대략 20도일 때 화소 영역을 흑색 디스플레이 상태로부터 중간 회색 비율 상태로 변경함에 따른 투과율의 시간 변화에 대한 그래프.
도 28은 흑색 트레일링 현상에 대한 개략도.
도 29는 본 발명의 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치에 사용된 화소 전극에 대한 개략적 평면도.
도 30은 전압 인가시 액정 분자의 배향 상태에 대한 개략적 평면도.
도 31은 전압 인가시 액정 분자의 배향 상태를 개략적으로 도시하기 위해 도 30의 선 31A-31A' 또는 선 31B-31B'를 따라 취한 단면도.
도 32는 전압 인가시 액정 분자의 배향 상태에 대한 개략적 평면도.
도 33은 전압 인가시 액정 분자의 배향 상태를 개략적으로 도시하기 위해 도 32의 선 33A-33A' 또는 선 33B-33B'를 따라 취한 단면도.
도 34는 전압 인가시 액정 분자의 배향 상태에 대한 개략적 평면도.
도 35a 및 도 35b는 전압 인가시 액정 분자의 배향 상태를 개략적으로 도시하기 위해 각각 도 34의 선 35A-35A' 또는 선 35B-35B'를 따라 취한 단면도.
도 36은 전압 인가시 액정 분자의 배향 상태에 대한 개략적 평면도.
도 37a 및 도 37b는 전압 인가시 액정 분자의 배향 상태를 개략적으로 도시하기 위해 각각 도 34의 선 35A-35A' 또는 선 35B-35B'를 따라 취한 단면도.
도 38은 전압 인가시 액정 분자의 배향 상태에 대한 개략적 평면도.
도 39a 및 도 39b는 화소 전극의 분지부가 비교적 좁은 폭을 가질 때와 화소 전극의 분지부가 비교적 넓은 폭을 가질 때 각각 얻어진 전압 인가시 액정 분자의 배향 상태에 대한 개략적 평면도.
도 40은 분지부가 비교적 좁은 폭을 가질 때와 분지부가 비교적 넓은 폭을 가질 때 얻어진 액정층을 통해 전압을 인가할 때의 투과율의 시간 변화를 개략적으로 도시한 그래프.
도 41a 및 도 41b는 분지부(41d)가 비교적 좁은 폭을 가질 때와 분지부(41d)가 비교적 넓은 폭을 가질 때 각각 얻어진 제2의 안정 상태에서 편광축에 평행한 방향으로 배향된 액정 분자에 대한 개략적 평면도.
도 42는 본 발명의 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치에 사용 가능한 화소 전극에 대한 개략적 평면도.
도 43은 본 발명의 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치에 사용 가능한 다른 화소 전극에 대한 개략적 평면도.
도 44는 본 발명의 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치에 사용 가능한 다른 화소 전극에 대한 개략적 평면도.
도 45는 본 발명의 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치에 사용 가능한 다른 화소 전극에 대한 개략적 평면도.
도 46은 본 발명의 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치에 사용 가능한 다른 화소 전극에 대한 개략적 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
11, 21 : 투명 기판
14, 14A, 14B, 14C, 14D, 14E, 14F, 14G, 14H, 14I : 화소 전극
14a : 개구
14b : 중실부
14b' : 단위 중실부
14c : 섬 형상부
14d : 분지부
22 : 대향 전극
30 : 액정층
30a : 액정 분자
40, 40A, 40B, 40C, 40D : 돌기
100, 200 : 액정 디스플레이 장치
100a : 액티브 매트릭스 기판(TFT 기판)
100b : 대향 기판
본 발명은 액정 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 고품위의 디스플레이를 가능하게 하는 넓은 시야각 특성을 가진 액정 디스플레이 장치에 관한 것이다.
최근에, 박형 경량의 액정 디스플레이 장치가 퍼스널 컴퓨터의 디스플레이와 휴대용 정보 단말 기기의 디스플레이 유닛용 디스플레이 장치로서 사용되고 있다. 그러나, 종래의 트위스트 네마틱(twist nematic, TN) 또는 수퍼 트위스트 네마틱(STN) 액정 디스플레이 장치는 시야각이 협소하다는 단점을 가지며, 이런 단점을 극복하기 위해 다양한 기술이 개발되어 왔다.
TN 또는 STN 액정 디스플레이 장치의 시야각 특성을 개선하기 위한 통상의 기술은 광학 보상판을 추가적으로 설치하는 방법이다. 다른 기술은 기판 표면에 대해 수평 방향의 전계를 액정층에 인가하는 횡전계 방법이다. 횡전계 방법의 액정 디스플레이 장치는 최근 양산되어 주목받고 있다. 다른 기술로서는 부(negative)의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 재료가 액정 재료로서 사용되고 수직 정렬막이 정렬막으로 사용되는 DAP(수직 정렬 위상 변형, deformation of vertical aligned phase) 기술이 있다. DPA 기술은 ECB(전기 제어 복굴절, electrically controlled birefringence) 방법의 한 종류이며, 투과율은 액정 분자의 복굴절 성질을 이용함으로써 제어된다.
비록 횡전계 방법은 시야각을 증가시키기 위한 효과적인 방법 중 하나지만, 일반적인 TN 액정 디스플레이 장치의 생산 마진에 비해 생산 마진이 아주 작고, 따라서 이런 유형의 액정 디스플레이 장치를 안정적으로 생산한다는 것은 어렵다. 이는 기판들 사이의 간극 불규칙성과 액정 분자의 배향축에 대한 편광판의 투과축(편광축)의 이동이 디스플레이의 휘도 및 콘트라스트에 큰 영향을 미치기 때문이다. 이들 인자를 고정밀도로 제어함으로써 횡전계 방식의 액정 디스플레이 장치를 안정적으로 생산하기 위해서는, 기술이 더욱 고도로 개발되어야만 한다.
DAP 방법의 액정 디스플레이 장치에 의해 디스플레이 불균일성이 없는 균일한 디스플레이를 행하기 위해서는, 배향 제어가 필요하다. 배향을 제어하기 위해, 정렬막의 표면을 러빙 처리(rubbing)하는 것에 의한 정렬 처리가 수행된다. 그러나, 수직 정렬막의 표면에 러빙 처리를 하게 되면, 디스플레이 화상에는 러빙 줄무늬가 용이하게 발생된다. 따라서, 본 처리는 대량 생산에 부적절하다.
한편, 러빙 처리를 하지 않고 배향을 제어하기 위해서는, 전극에 슬릿(개구)을 형성함으로써 생성된 경사 전계에 의해 액정 분자의 배향 방향을 제어하는 방법이 제안되고 있다(예컨대, 일본 공개 특허 출원 제6-301036호 및 제2000-47217호). 그러나, 본 발명자들은 실험 결과로서 다음과 같은 것을 발견하게 되었다. 즉, 이들 공보에 개시된 방법에서는 전극의 개구에 대응하는 액정층의 영역의 배향 상태 에 대해 특정되어 있지 않고, 액정 분자의 배향의 연속성은 불충분하다는 것이다. 따라서, 전체 화소(picture element)에 걸쳐 안정적인 배향 상태를 얻는 것이 어렵고, 따라서 디스플레이된 화상은 불균일하게 된다.
본 발명은 상술한 단점들을 극복하기 위해 고안되었으며, 본 발명의 목적은 넓은 시야각과 고품위의 디스플레이를 갖는 액정 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 액정 디스플레이 장치는, 제1 기판과, 제2 기판과, 제1 기판 및 제2 기판 사이에 배치된 액정층과, 액정층에 대면한 제1 기판의 표면 상에 설치된 제1 전극 및 중간에 개재된 액정층을 통해 제1 전극에 대향하도록 제2 기판 상에 설치된 제2 전극에 의해 각각 한정되는 복수개의 화소 영역을 포함하며, 상기 제1 전극은 복수개의 화소 영역의 각각에 복수개의 개구와 중실부를 포함하며, 인가된 전압에 따라 복수개의 액정 도메인의 배향 상태를 변화시킴으로써 디스플레이를 행하기 위해, 액정층은 전압이 제1 전극과 제2 전극 사이에 인가되지 않을 때 복수개의 화소 영역의 각각에 수직 배향 상태에 있게 되고, 전압이 제1 전극과 제2 전극 사이에 인가될 때 각각 방사상 경사 배향 상태에 있는 복수개의 액정 도메인이 제1 전극의 복수개의 개구의 각각의 모서리부에 생성된 경사 전계에 의해 복수개의 개구와 중실부에 형성된다. 이런 구조로 인해, 상술한 목적이 달성된다.
양호하게는, 복수개의 개구들 중 적어도 일부는 대략 동일한 형상 및 동일한 크기를 가지며, 회전 대칭성을 갖도록 배열된 적어도 하나의 단위 격자를 형성한 다.
양호하게는, 복수개의 개구들 중 적어도 일부의 각각의 형상은 회전 대칭성을 갖는다.
복수개의 개구들 중 적어도 일부의 각각은 대략 원형일 수 있다.
복수개의 개구들 중 적어도 일부에 의해 둘러싸인 중실부의 각각의 영역(단위 중실부)은 대략 원형일 수 있다.
복수개의 개구들 중 적어도 일부에 의해 둘러싸인 중실부의 각각의 영역(단위 중실부)은 대략 원호형(arc-shaped)의 코너를 갖는 대략 직사각 형상일 수 있다.
양호하게는, 각각의 화소 영역에서, 제1 전극의 복수개의 개구의 전체 면적은 제1 전극의 중실부의 면적보다 작다.
액정 디스플레이 장치는 복수개의 개구의 각각의 내측에 있는 돌기를 추가로 포함할 수 있으며, 기판의 평면 방향을 따라 취한 돌기의 단면 형상은 대응 개구의 형상과 동일할 수 있고, 돌기의 측면은 경사 전계에 의해 얻어진 배향 규제 방향과 동일한 방향으로 액정층의 액정 분자를 배향하기 위한 배향 규제력을 갖는다.
양호하게는, 복수개의 액정 도메인은 나선형 방사상 경사 배향 상태에 있다.
액정 디스플레이 장치는 제1 기판 및 제2 기판의 외측에 각각 설치된 그 편광축이 서로에 대해 대략 직교하도록 배치된 한 쌍의 편광판을 가지며, 복수개의 액정 도메인의 각각에서, 상기 복수개의 액정 도메인의 각각의 중심에 대해 디스플레이 표면 상의 12시 방향으로 위치되고 액정층에 포함된 액정 분자가 디스플레이 표면 상에서 12시 방향에 대해 각도(θ)만큼 경사진다고 볼 때, 한 쌍의 편광판들 중 한 편광판의 편광축은 양호하게는 디스플레이 표면 상에서 12시 방향으로 위치된 액정 분자의 경사 방향과 동일한 방향으로 디스플레이 표면 상에서 12시 방향에 대해 0도 보다는 크고 2θ보다 작은 각도로 경사진다.
보다 양호하게는, 한 쌍의 편광판 중 하나의 편광축은 0도 보다는 크지만 θ 이하의 각도만큼 경사진다. 다르게는, 한 쌍의 편광판들 중 한 편광판의 편광축은 θ/2와 대략 동일한 각도만큼 경사질 수 있거나, 한 쌍의 편광판 중 하나의 편광축은 θ와 대략 동일한 각도만큼 경사질 수 있다.
중실부는 m×n 매트릭스 형상으로 배열된 복수개의 섬 형상부(island portion)와, 복수개의 섬 형상부의 인접한 쌍들을 전기 접속하는 복수개의 분지부를 포함할 수 있으며, 복수개의 분지부의 수는 (2mn - m - n)보다 작을 수 있다.
제1 기판은 복수개의 화소 영역의 각각에 대응하여 설치된 액티브 소자를 추가로 포함할 수 있으며, 제1 전극은 액티브 소자에 의해 절환되도록 복수개의 화소 영역의 각각에 설치된 화소 전극에 대응할 수 있고 제2 전극은 복수개의 화소 전극에 대향하는 적어도 하나의 대향 전극에 대응할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 액정 디스플레이 장치는, 제1 기판과, 제2 기판과, 제1 기판 및 제2 기판 사이에 배치된 액정층과, 액정층에 대면한 제1 기판의 표면 상에 설치되는 제1 전극 및 중간에 개재된 액정층을 통해 제1 전극에 대향하도록 제2 기판 상에 설치된 제2 전극에 의해 각각 한정되는 복수개의 화소 영역을 포함하며, 복수개의 화소 영역의 각각에서, 액정층은 전압이 제1 전극과 제2 전극 사이에 인 가되지 않을 때 복수개의 수직 배향 상태로 있게 되고, 제1 전극은 복수개의 화소 영역의 각각의 적어도 코너에 배치된 복수개의 개구와 중실부를 포함한다. 이런 구조로 인해, 상술한 목적이 달성된다.
양호하게는, 복수개의 개구들 중 적어도 일부에 의해 둘러싸인 중실부의 영역은 회전 대칭성을 갖는 형상이다.
다르게는, 복수개의 개구들 중 적어도 일부에 의해 둘러싸인 중실부의 영역은 대략 원형일 수 있다.
다르게는, 복수개의 개구들 중 적어도 일부에 의해 둘러싸인 중실부의 영역은 대략 원호 형상의 코너를 갖는 대략 직사각 형상일 수 있다.
중실부는 m×n 매트릭스 형상으로 배열된 복수개의 섬 형상부와, 복수개의 섬 형상부의 인접한 쌍들을 전기 접속하는 복수개의 분지부를 포함할 수 있으며, 복수개의 분지부의 수는 (2mn - m - n)보다 작을 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 기능에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 액정 디스플레이 장치에서, 화소 영역의 액정층을 통해 전압을 인가하기 위한 한 쌍의 전극들 중 하나는 복수개의 개구(전극 내에 도전막이 존재하지 않는 부분)와 중실부(개구 이외의 전극 내에 도전막이 존재하는 부분)를 포함한다. 중실부는 통상적으로 연속적 도전막으로 형성된다. 결정층은 전압이 인가되지 않을 때 수직 배향 상태에 있으며, 전압이 인가될 때에는 각각 방사상 경사 배향 상태의 복수개의 액정 도메인이 전극의 개구의 각각의 모서리부에서 생성된 경사 전계에 의해 형성된다. 통상적으로, 액정층은 부의 유전 이방성을 갖는 액정 재료로부터 형성되고, 액정층을 개재한 수직 정렬막들에 의해 그 배향이 제어된다.
경사 전계에 의해 형성된 액정 도메인은 전극의 개구 및 중실부에 대응하는 영역에 형성되며, 인가된 전압에 따라 이들 액정 도메인의 배향 상태를 변화시킴으로써 디스플레이가 행해진다. 각각의 액정 도메인은 축 방향으로 대칭되게 배향되기 때문에, 디스플레이 품위에 대한 시야각 의존도가 저감될 수 있어서 넓은 시야각 특성을 달성한다.
또한, 개구에 대응하여 형성된 액정 도메인과 중실부에 대응하여 형성된 액정 도메인은 개구의 각각의 모서리부에서 생성된 경사 전계로 인해 형성되기 때문에, 이들 액정 도메인은 인접해서 교대로 형성되며 인접한 액정 도메인의 액정 분자의 배향은 대략 연속적이다. 따라서, 개구에 대응 형성된 액정 도메인과 중실부에 대응 형성된 액정 도메인 사이에는 디스클리네이션 라인(disclination line)이 전혀 형성되지 않는다. 따라서, 디스클리네이션 라인에 인한 디스플레이 품위의 저하가 방지될 수 있으며, 액정 분자의 배향 안정성은 높다.
본 발명의 액정 디스플레이 장치에서, 액정 분자는 전극의 중실부에 대응하는 영역 뿐만 아니라 개구에 대응하는 영역에서도 방사상 경사 배향 상태로 위치된다. 따라서, 상술한 종래의 액정 디스플레이 장치와 비교할 때, 불균일성이 없는 균일 디스플레이를 실현하기 위해, 액정 분자의 배향의 연속성은 더 높으며 배향 상태는 보다 안정적이다. 특히, 양호한 응답 특성(즉, 고응답 속도)을 얻기 위해, 액정 분자의 배향을 제어하기 위한 경사 전계를 다수의 액정 분자 상에 작용시키는 것이 필요하며, 이를 위해서, 다수의 개구(모서리부)를 형성하는 것이 필요하다. 본 발명의 액정 디스플레이 장치에서, 안정적인 방사상 경사 배향 상태로 위치될 수 있는 액정 도메인은 개구에 대응해서 형성될 수 있으며, 따라서 다수의 개구가 응답 특성을 개선하기 위해 형성되더라도, 디스플레이 품위의 저하(불균일성의 발생)는 방지될 수 있다.
복수개의 개구 중 적어도 일부가 회전 방향으로 대칭 배열된 적어도 하나의 단위 격자를 형성하기 위해 대략 동일한 형상 및 동일한 크기를 가질 때, 복수개의 액정 도메인은 하나의 단위로서 단위 격자를 사용함으로써 높은 대칭성을 갖도록 배열될 수 있어서, 디스플레이 품위의 시야각 의존도를 개선한다. 또한, 전체 화소 영역이 단위 격자들로 분할될 때, 액정층의 배향은 전체 화소 영역에 걸쳐 안정적으로 될 수 있다. 예컨대, 개구는 각 개구의 중심이 정방 격자를 형성할 수 있도록 배열된다. 하나의 화소 영역이 저장 용량 라인과 같은 불투명 구성 요소에 의해 분할될 경우, 단위 격자는 디스플레이에 기여하는 각각의 영역에 배치된다.
복수개의 개구들 중 적어도 일부의 각각(통상적으로 서로 단위 격자를 형성하는 개구)이 회전 대칭성을 갖는 형상일 때, 개구에 대응해서 형성된 액정 도메인의 방사상 경사 배향의 안정성은 개선될 수 있다. 예컨대, 각 개구의 형상은 (기판 법선 방향으로 볼 때) 원형 또는 (정방형과 같은) 정다각형이다. 개구는 화소의 형상(종횡비)에 따라 (타원과 같이) 회전 대칭성을 갖지 않는 형상일 수 있다. 또한, 대략 개구로 둘러싸인 중실부의 영역(이하 "단위 중실부")이 회전 대칭성을 가질 때, 중실부에 대응해서 형성된 액정 도메인의 방사상 경사 배향의 안정성은 개선될 수 있다. 예컨대, 개구가 정방 격자 배열로 배치되는 경우, 개구는 대략 별 형상(star shape)이거나 십자형일 수 있으며 중실부는 대략 원형 또는 정방형일 수 있다. 물론, 개구 및 개구에 의해 둘러싸인 중실부의 부분은 대략 정방형일 수 있다.
전극의 개구에 대응해서 형성된 액정 도메인의 방사상 경사 배향을 안정화시키기 위해서, 개구에 대응하는 액정 도메인은 양호하게는 대략 원형이다. 역으로, 개구의 형상은 개구에 대응하는 대략 원형의 액정 도메인을 형성하도록 고안된다.
물론, 전극의 중실부에 대응해서 형성된 액정 도메인의 방사상 경사 배향을 안정화시키기 위해서, 개구에 의해 둘러싸인 중실부의 영역은 양호하게는 대략 원형이다. 연속 도전막으로 제조된 중실부에 형성된 하나의 액정 도메인은 대략 복수개의 개구에 의해 둘러싸인 중실부의 영역(단위 중실부)에 대응해서 형성된다. 따라서, 개구의 형상과 배열은 중실부의 영역(단위 중실부)이 대략 원형이 될 수 있도록 결정된다.
상술한 것들 중 어느 것에 있어서도, 전극에 형성된 개구의 면적의 합은 양호하게는 각각의 화소 영역의 중실부의 면적보다 작다. 중실부의 면적이 클수록, 전극에 의해 생성된 전계에 의해 직접 영향을 받는 액정층의 (기판 법선 방향에서 볼 때 평면에 한정되는) 면적은 크게 되고, 따라서 전압에 대한 액정층의 (투과율과 같은) 광학 특성은 개선될 수 있다.
양호하게는, 개구가 대략 원형으로 형성되었는지 단위 중실부가 대략 원형으로 형성되었는지는 어느 구조에서 중실부의 면적이 더 큰가에 따라 결정된다. 어느 구조가 선호되는가는 화소의 피치(pitch)에 의존해서 적절하게 선택된다. 통상 적으로, 피치가 대략 25 ㎛를 초과하는 경우, 개구는 양호하게는 대략 원형의 단위 중실부를 형성하도록 형성되며, 피치가 대략 25 ㎛보다 작은 경우, 개구는 양호하게는 대략 원형으로 형성된다.
대략 개구에 의해 둘러싸인 중실부의 영역이 대략 원호형의 코너를 갖는 대략 직사각 형상일 때, 방사상 경사 배향은 안정화될 수 있고 투과율(유효 개구율)은 개선될 수 있다.
전극의 모서리부에서 생성된 경사 전계에 의해 발생된 배향 규제력은 전압 인가시에만 작용한다. 따라서, 예컨대 전압이 인가되지 않거나 비교적 낮은 전압이 인가되면서 액정 패널에 외력이 인가될 때, 액정 도메인의 방사상 경사 배향은 때로 유지되지 않는 경우가 있을 수 있다. 이런 문제를 극복하기 위해, 하나의 양호한 실시예에서, 액정 디스플레이 장치는 전극의 개구 내에 형성되고 경사 전극의 배향 규제 방향과 동일한 방향으로 액정층의 액정 분자 상에 배향 규제력을 가하는 돌기를 포함한다. 기판의 평면 방향으로 취한 돌기의 단면 형상은 양호하게는 개구의 형상에 유사한 회전 대칭성을 갖는다.
복수개의 액정 도메인이 나선형 방사상 경사 배향 상태로 위치될 수 있을 때, 배향은 더욱 안정화될 수 있고, 또한 불균일성이 없는 균일 디스플레이가 행해질 수 있고, 응답 속도는 증가된다. 나선형 방사상 경사 배향 상태는 카이랄제(chiral agent)를 포함하는 부의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 재료를 사용함으로써 실현될 수 있다. 나선형 방향이 시계 방향인지 반시계 방향인지는 카이랄제의 종류에 의존한다.
상술한 구조를 갖는 액정 디스플레이 장치가 그 편광축들이 대략 직교하도록 되어 있는 제1 및 제2 기판의 외측 상에 설치된 한 쌍의 편광판을 추가로 포함하는 경우, 디스플레이 품위는 다음과 같이 더욱 개선될 수 있다.
특히, 액정 도메인의 중심에 대해 디스플레이 표면 상에서 12시 방향으로 위치된 액정 분자가 디스플레이 표면 상에서 12시 방향에 대해 각도(θ)만큼 경사져 있다고 볼 때, 편광판은 편광판들 중 하나의 편광판의 편광축이 디스플레이 표면 상에서 12시 방향에 대해 액정 분자의 경사 방향과 동일한 방향으로 0도보다 크고 2θ보다 작은 각도만큼 경사지도록 배열된다. 따라서, 액정 도메인이 나선형 방사상 경사 배향 상태일 때 얻어진 광 투과율은 개선될 수 있어서, 명료한 디스플레이를 실현한다. 특히, 하나의 편광판의 편광축이 대략 0도와 동일한 각도로 경사지도록 편광판이 배열될 때, 광 투과율은 더욱 증가될 수 있어서, 더욱 명료한 디스플레이가 되게 한다. 또한, 하나의 편광판의 편광축이 대략 0도보다 크고 θ 이하의 각도로 경사지도록 편광판이 배열될 때, 명료한 디스플레이가 실현될 뿐만 아니라 트레일링 현상(tailing phenomenon)(백색 트레일링 현상 및 흑색 트레일링 현상을 포함)의 발생도 억제될 수 있어서, 고품위의 디스플레이를 실현한다. 특히, 하나의 편광판의 편광축이 대략 θ/2와 동일한 각도로 경사지도록 편광판이 배열될 때, 백색 트레일링 현상 및 흑색 트레일링 현상의 발생은 대략 방지될 수 있어서, 더욱 고품위의 디스플레이를 실현한다.
전극의 중실부는, 예컨대 복수개의 섬 형상부와, 복수개의 섬 형상부의 인접한 쌍들을 각각 전기 접속하는 복수개의 분지부로 되어 있다. 인접한 섬 형상부들 사이에 존재하는 각각의 분지부는 경사 전계에 의해 얻어진 배향 규제 효과를 저하시키기 때문에, 각 분지부의 폭이 협소하고 분지부의 수가 작을수록 배향 규제 효과의 저하는 억제될 수 있어서 응답 특성을 개선한다.
복수개의 섬 형상부가 m×n 매트릭스의 형상으로 배열되는 경우, 분지부가 섬 형상부의 모든 인접한 쌍들 사이에 설치되면, 분지부의 수는 (2mn - m - n)이다. 복수개의 분지부의 수가 (2mn - m - n)보다 작을 때, 배향 규제 효과의 저하는 응답 특성을 개선하기 위해 억제될 수 있다.
본 발명의 액정 디스플레이 장치는, 예컨대 각각의 화소 영역에 TFT와 같은 절환 소자가 설치된 액티브 매트릭스 액정 디스플레이 장치이며, 개구를 갖는 전극은 절환 소자에 접속된 화소 전극에 대응하고 다른 전극은 복수개의 화소 전극에 대향하는 적어도 하나의 대향 전극에 대응한다. 이런 방식에서, 단지 액정층을 사이에 개재한 상태로 서로 대향하는 한 쌍의 전극 중 하나에 개구를 형성함으로써, 안정적인 방사상 경사 배향이 실현될 수 있다. 특히, 본 액정 디스플레이 장치는 도전막을 화소 전극의 패턴으로 패터닝하는 데 사용되는 포토마스크를 단지 소정 배열 내에 소정 형상의 개구를 형성하도록 수정함으로써 공지된 제조 방법에 의해서도 제조될 수 있다. 물론, 복수개의 개구는 대향 전극에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 액정 디스플레이 장치에서, 화소 영역의 액정층을 통해 전압을 인가하는 한 쌍의 전극 중 하나는 적어도 화소 영역의 코너들에 배치된 복수개의 개구와 중실부를 포함한다. 따라서, 한 쌍의 전극 사이에 전압이 인가될 때, 경사 전계가 전극의 개구의 모서리부에서 생성된다. 따라서, 적어도 코너에 배치 된 복수개의 개구의 모서리부에서 생성된 경사 전계로 인해, 전압 인가시 각각 방사상 경사 배향 상태에 있는 액정 도메인에 액정층이 형성됨으로써, 넓은 시야각 특성을 달성하게 된다.
소정의 화소 영역에 존재하는 단위 중실부(개구에 의해 대략 둘러싸인 영역)는 코너에 배치된 개구에 의해 둘러싸인 단일한 단위 중실부이거나 복수개의 단위 중실부일 수 있다. 주어진 화소 영역에 존재하는 단위 중실부가 단일 단위 중실부인 경우, 단위 중실부를 둘러싸는 개구는 코너에 배치된 복수개의 개구이거나 코너에 배치된 복수개의 개구로부터 연속적으로 형성된 대략 단일한 개구일 수 있다.
대략 개구에 의해 둘러싸인 중실부의 영역(단위 중실부)이 회전 대칭성을 갖는 형상일 때, 중실부에 형성된 액정 도메인의 방사상 경사 배향의 안정성은 개선될 수 있다. 예컨대, 단위 중실부는 대략 원형, 대략 정방형 또는 대략 직사각 형상일 수 있다.
단위 중실부가 대략 원형일 때, 전극의 중실부에 형성된 액정 도메인의 방사상 경사 배향은 안정화될 수 있다. 연속 도전막으로 제조된 중실부에 형성된 액정 도메인은 단위 중실부에 대응해서 형성되기 때문에, 개구의 형상과 배열은 단위 중실부가 대략 원형으로 형성될 수 있도록 결정된다.
또한, 단위 중실부가 대략 원호 형상의 코너를 갖는 대략 직사각 형상일 때, 방사상 경사 배향은 안정화될 수 있고 투과율(유효 개구율)은 개선될 수 있다.
전극의 중실부는, 예컨대 복수개의 섬 형상부와, 각각 복수개의 섬 형상부의 인접한 쌍들을 전기 접속하는 복수개의 분지부로 구성된다. 인접한 분지부들 사이 에 존재하는 각각의 분지부는 경사 전계에 의해 얻어진 배향 규제 효과를 저하시키기 때문에, 각 분지부의 폭이 작고 분지부의 수가 작을수록 배향 규제 효과의 저하는 억제될 수 있어서 응답 특성을 개선한다.
복수개의 섬 형상부가 m×n 매트릭스 형상으로 배열되는 경우, 분지부가 섬 형상부의 모든 인접한 쌍들 사이에 설치되면, 분지부의 수는 (2mn - m - n)이다. 복수개의 분지부의 수가 (2mn - m - n)보다 작으면, 배향 규제 효과의 저하는 응답 특성을 개선하기 위해 억제될 수 있다.
이하에서는 첨부 도면을 참조해서 본 발명의 양호한 실시예들에 대해 설명하기로 한다.
제1 실시예
우선, 본 발명의 액정 디스플레이 장치의 전극 구조와 그 기능에 대해 설명하기로 한다. 본 발명의 액정 디스플레이 장치는 뛰어난 디스플레이 특성으로 인해 액티브 매트릭스 액정 디스플레이 장치에 사용하기에 적절하다. 이하에서는, 박막 트랜지스터(TFT)를 사용한 액티브 매트릭스 액정 디스플레이 장치의 예들에 대해 본 발명을 제한하지 않는 다음의 양호한 실시예들을 사용하여 설명하기로 한다. 본 발명은 MIM을 사용한 액티브 매트릭스 액정 디스플레이 장치와 단순 매트릭스형 액정 디스플레이 장치에도 적용 가능하다. 또한, 다음의 실시예에서, 본 발명을 제한하지 않는 투과형 액정 디스플레이 장치의 예에 대해 설명하기로 한다. 본 발명은 또한 후술하는 반사형 액정 디스플레이 장치와 투과/반사형 액정 디스플레이 장치에 대해서도 적용 가능하다.
본 명세서에서, "화소", 즉 디스플레이의 최소 단위에 대응하는 액정 디스플레이 장치의 영역은 "화소 영역"으로 지칭하기로 한다. 칼러형 액정 디스플레이 장치에서, R, G 및 B로 된 세 개의 화소는 함께 하나의 픽셀에 대응한다. 액티브 매트릭스 액정 디스플레이 장치에서, 하나의 화소 영역은 화소 전극과 화소 전극에 대향하는 대향 전극에 의해 한정된다. 다르게는, 수동 매트릭스형 액정 디스플레이 장치에서는, 스트립 형상의 열 전극(column electrode)과 열 전극에 수직하에 설치된 행 전극(row electrode)들 사이의 각각의 교차 영역이 화소 영역으로 한정된다. 블랙 매트릭스를 사용하는 구조에서는, 엄밀하게는, 디스플레이 될 상태에 따라 전압이 인가되는 전체 영역에서 블랙 매트릭스의 개구에 대응하는 영역이 화소 영역에 대응한다.
이하에서는, 도 1a 내지 도 1b를 참조해서 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치(100)의 하나의 화소 영역의 구조에 대해 설명하기로 한다. 이하의 설명에서, 칼러 필터와 블랙 매트릭스에 대한 설명은 단순화를 위해 생략하기로 한다. 또한, 이하의 실시예들을 참조한 도면에서, 액정 디스플레이 장치(100)의 기능들과 대략 동일한 기능을 갖는 유사 소자들에 대해서는 설명을 생략하기 위해 유사 인용 부호를 사용하기로 한다. 도 1a는 기판 법선 방향에서 본 평면도이고, 도 1b는 도 1a의 선 1B-1B'를 따라 취한 단면도이다. 도 1b에서, 전압은 액정층을 통해 인가되지 않는다.
액정 디스플레이 장치(100)는 액티브 매트릭스 기판(이하 TFT 기판, 100a)과, 대향 기판(또는 칼러 필터 기판, 100b)과, TFT 기판(100a) 및 대향 기판(100b) 사이에 배치된 액정층(30)을 포함한다. 액정층(30)의 액정 분자(30a)는 부의 유전 이방성을 가지며, TFT 기판(100a)의 표면과 액정층(30)에 대면한 대향 기판(100b)의 표면 상에 설치된 수직 정렬층(도시 안됨)으로 기능하는 수직 정렬막으로 인해, 액정 분자(30a)는 액정층(30)을 통해 전압이 인가되지 않을 때 도 1b에 도시된 바와 같이 수직 정렬막의 표면에 수직하게 배향된다. 액정층(30)의 이러한 상태를 수직 배향 상태로 지칭한다. 그러나, 수직 정렬막과 액정 재료의 종류에 따라, 수직 배향 상태에 있는 액정층(30)의 액정 분자(30a)는 수직 정렬막의 표면(기판 표면)의 법선에 대해 조금 경사질 수 있다. 일반적으로, 액정 분자축(또는 축 방향)이 수직 정렬막의 표면에 대해 대략 85도 이상의 각도로 경사진 상태로 액정 분자가 배향된 상태를 수직 정렬 상태로 지칭한다.
액정 디스플레이 장치(100)의 TFT 기판(100a)은 (유리 기판과 같은) 투명 기판(11)과 그 위에 형성된 화소 전극(14)을 포함한다. 대향 기판(100b)은 (유리 기판과 같은) 투명 기판(21)과 그 위에 형성된 대향 전극(22)을 포함한다. 액정층(30)을 중간에 개재해서 서로 대향하는 화소 전극(14) 및 대향 전극(22)의 각각의 쌍에 인가되는 전압에 따라, 각각의 화소 영역에서의 액정층(30)의 배향 상태는 변화된다. 디스플레이는 액정층(30)을 투과하는 광의 편광 상태 및 광량이 액정층(30)의 배향 상태의 변화에 따라 변화되는 현상을 이용함으로써 행해진다.
액정 디스플레이 장치(100)의 화소 전극(14)은 복수개의 개구(14a)와 중실부(14b)를 갖는다. 개구(14a)는 (ITO막과 같은) 도전막으로 형성된 화소 전극(14)에서 도전막이 제거된 부분에 대응하며, 중실부(14b)는 도전막이 잔류하는 부분(개구(14a) 이외의 부분)에 대응한다. 복수개의 개구(14a)는 각각의 화소 전극에 형성되며, 중실부(14b)는 기본적으로 단일 연속 도전막으로 형성된다.
복수개의 개구(14a)는 그 중심이 정방 격자를 형성하도록 배열되며, 하나의 단위 격자를 형성하는 네 개의 격자점 상에 그 중심이 위치된 네 개의 개구(14a)로 대략 둘러싸인 중실부(이하 단위 중실부, 14b')의 영역은 대략 원형이다. 각각의 개구(14a)는 중심에서 4회(four-fold) 회전축을 갖는 네 개의 1/4 원호형의 모서리를 갖는 대략 별 형상이다. 단위 격자는 전체 화소 영역에 걸쳐 배향을 안정화시키기 위해 양호하게는 화소 전극(14)의 모서리까지 형성된다. 따라서, 도면에 도시된 바와 같이, 화소 전극의 모서리는 양호하게는 (화소 전극의 측면 모서리에서) 개구(14a)의 대략 1/2 또는 (화소 전극의 코너 모서리에서) 개구(14a)의 대략 1/4에 대응하는 형상으로 패턴화된다.
화소 영역의 중심부에 위치된 개구(14a)는 대략 동일한 형상과 크기를 갖는다. 개구(14a)에 의해 형성된 단위 격자에 위치된 단위 중실부(14b')는 대략 원형이며 대략 동일한 형상과 크기를 갖는다. 서로 인접한 단위 중실부(14b')는 대략 단일 도전막으로서 기능하는 중실부(14b)로서 작용하도록 서로 연결된다.
전압이 상술한 구조를 갖는 화소 전극(14)과 대향 전극(22) 사이에 인가될 때, 각각 방사상 경사 배향을 갖는 복수개의 액정 도메인은 개구(14a)의 모서리부에서 생성된 경사 전계로 인해 형성된다. 액정 도메인은 단위 격자 내에서 각각의 개구(14a)에 대응하는 각각의 영역과 각각의 단위 중실부(14b')에 대응하는 각각의 영역에 형성된다.
본 실시예에서, 정방형의 화소 전극(14)이 예시되어 있지만, 화소 전극(14)의 형상은 정방형에 제한되지 않는다. 화소 전극(14)의 일반 형상은 대략 직사각 형상(정방형 포함)이며, 따라서 개구(14a)는 정방 격자 배열로 규칙적으로 배치될 수 있다. 본 발명의 효과는 전체 화소 영역에 걸쳐 액정 도메인을 형성하기 위해 개구(14a)가 규칙적으로 배치되는 한(예컨대, 상술한 바와 같이 정방 격자 배열) 화소 전극(14)이 직사각 형상 이외의 형상일 때에도 얻어질 수 있다.
이하에서는 도 2a 및 도 2b를 참조해서, 경사 전계에 의한 액정 도메인의 형성 기구에 대해 설명하기로 한다. 도 2a 및 도 2b는 도 1b의 액정층(30)을 통해 전압을 인가함으로써 얻어진 상태를 도시하며, 특히 도 2a는 액정 분자(30a)의 배향이 액정층(30)을 통해 전압을 인가함에 따라 변화하기 시작하는 상태(ON 초기 상태)를 개략적으로 도시하고 있으며, 도 2b는 인가된 전압에 따라 변화된 액정 분자(30a)의 배향이 정상 상태를 달성하는 상태를 개략적으로 도시한다. 도 2a 및 도 2b에서, 선 EQ는 등전위선을 나타낸다.
화소 전극(14)과 대향 전극(22)이 동일한 전위(전압이 액정층(30)을 통해 인가되지 않을 때의 상태)를 가질 때, 화소 영역 내의 액정 분자(30a)는 도 1b에 도시된 바와 같이 기판(11, 21)의 표면에 수직하게 배향된다.
전압이 인가될 때에는, 도 2a의 등전위선(EQ)(전기력선에 수직 교차)으로 표현된 전위 구배가 형성된다. 등전위선(EQ)은 화소 전극(14)의 중실부(14b)와 대향 전극(22) 사이에 위치된 액정층(30)의 영역 내의 중실부(14b)와 대향 전극(22)의 표면에 평행하며, 화소 전극(14)의 개구(14a)에 대응하는 영역에서 떨어진다. 따라서, 등전위선(EQ)의 경사부로 표현된 경사 전계가 개구(14a)의 모서리부(EG)(즉, 경계를 포함하는 개구(14a)의 내측 주변) 상에서 액정층(30)의 영역에 형성된다.
부의 유전 이방성을 갖는 액정 분자(30a)에는 액정 분자(30a)의 축 방향을 등전위선(EQ)에 평행(전기력선에 수직)하게 배향시키는 토오크가 인가된다. 따라서, 모서리부(EG) 상에 배치된 액정 분자(30a)는 등전위선(EQ)에 평행하게 배향시키기 위해, 도 2a의 화살표에 의해 도시된 바와 같이 도면의 우측 모서리부(EG)에서는 시계 방향으로 그리고 도면의 좌측 모서리부(EG)에서는 반시계 방향으로 경사(회전)진다.
이하에서는, 도 3a, 도 3b, 도 3c 및 도 3d를 참조해서 액정 분자(30a)의 배향 변화에 대해 상세히 설명하기로 한다.
전계가 액정층(30)에 생성될 때, 액정 분자(30a)의 축 방향을 등전위선(EQ)에 평행(전기력선에 수직)하게 배향시키는 토오크가 부의 유전 이방성을 갖는 액정 분자(30a)에 인가된다. 도 3a에 도시된 바와 같이, 액정 분자(30a)의 축 방향에 수직한 등전위선(EQ)에 의해 표현된 전계가 생성될 때, 토오크는 시계 방향이나 동일한 가능성으로 반시계 방향으로 경사지도록 액정 분자(30a)에 인가된다. 따라서, 서로 대향하는 평행판 전극 사이에 배치된 액정층(30)의 영역에서, 토오크가 일부 액정 분자(30a)에는 시계 방향으로 인가되고 다른 액정 분자(30a)에는 반시계 방향으로 인가된다. 결국, 배향은 액정층(30)을 통해 인가되는 전압에 따라 매끄럽게 변화되지 않는 경우가 있을 수 있다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 등전위선(EQ)으로 표현된 바와 같은 액정 분자(30a)의 축 방향에 대해 경사진 전계(경사 전계)가 본 발명의 액정 디스플레이 장치(100)의 개구(14a)의 모서리부(EG)에 생성될 때, 액정 분자(30a)는 도 3b에 도시된 바와 같이, 작은 경사를 갖는 등전위선(EQ)에 평행하게 배향시키는 방향(도면에서 시계 방향)으로 경사진다. 또한, 축 방향에 수직하게 등전위선(EQ)에 의해 표현된 전계가 생성되는 영역에 위치된 액정 분자(30a)는, 도 3c에 도시된 바와 같이, 연속적인 (정합) 배향을 이루기 위해 등전위선(EQ)의 경사부 상에 위치된 다른 액정 분자(30a)와 동일한 방향으로 경사진다. 도 3d에 도시된 바와 같이 연속적 불규칙성을 갖는 등전위선(EQ)으로 표현된 전계가 인가될 때, 등전위선(EQ)의 편평부 상에 위치된 액정 분자(30a)는 등전위선(EQ)의 경사부 상에 위치된 다른 액정 분자(30a)의 배향 방향과 정합하는 방향으로 배향된다. 이 때, "등전위선(EQ) 상에 위치된"의 의미는 "등전위선(EQ)에 의해 표현된 전계 내에 위치된"이란 뜻이다.
등전위선(EQ)의 경사부 상에 위치된 액정 분자(30a)로부터 시작한 배향 변화가 상술한 바와 같이 진행되어 정상 상태에 도달할 때, 도 2b에서 개략적으로 도시된 바와 같은 배향 상태가 얻어진다. 개구(14a)의 중심 근처에 위치된 액정 분자(30a)는 개구(14a)의 대향하는 양측 모서리부(EG)에 위치된 액정 분자(30a)의 배향에 의해 대략 동등한 영향을 받으며, 따라서 등전위선(EQ)에 수직한 배향 상태를 유지한다. 개구(14a)의 중심에서 멀리 있는 영역에 위치된 액정 분자(30a)는 개구(14a)의 중심(SA)에 대해 대칭적인 경사 배향을 형성하기 위해, 인접한 모서리부(EG)에 위치된 액정 분자(30a)의 배향의 영향으로 인해 경사진다. 이런 배향 상 태를 액정 디스플레이 장치(100)의 디스플레이 표면에 수직한 방향(기판(11, 21)의 표면에 수직한 방향)에서 볼 때, 액정 분자(30a)의 축 방향은 개구(14a)의 중심(도시 안됨) 둘레에서 방사상으로 배향된다. 본 명세서에서는 이런 배향 상태를 "방사상 경사 배향"으로 지칭하기로 한다. 또한, 본 명세서에서는 방사상 경사 배향이 하나의 중심 둘레에서 얻어진 액정층의 영역을 액정 도메인으로 지칭한다.
또한, 대략 개구(14a)로 둘러싸인 단위 중실부(14b')에 대응하는 영역에는, 액정 분자(30a)가 방사상 배향 상태로 있는 액정 도메인이 형성된다. 단위 중실부(14b')에 대응하는 영역에 위치된 액정 분자(30a)는, 단위 중실부(14b')의 중심(SA)(개구(14a)에 의해 형성된 단위 격자의 중심에 대응) 둘레에 대칭적인 방사상 경사 배향을 형성하기 위해, 개구(14a)의 모서리부(EG)에 위치된 액정 분자(30a)의 배향에 의해 영향을 받는다.
단위 중실부(14b')에 형성된 액정 도메인에서 얻어진 방사상 경사 배향과 개구(14a)에서 얻어진 방사상 경사 배향은 연속적이며, 이들 영역에 위치된 액정 분자(30a)는 개구(14a)의 모서리부(EG)에 위치된 액정 분자(30a)의 배향과 정합하도록 배향된다. 개구(14a)에 형성된 액정 도메인의 액정 분자(30a)는 (기판(100b)쪽으로) 상향 개방된 원추 형상으로 배향되고 단위 중실부(14b')에 형성된 액정 도메인의 액정 분자(30a)는 (기판(100a)쪽으로) 하향 개방된 원추 형상으로 배향된다. 이런 방식에서, 개구(14a)에 형성된 액정 도메인에서 얻어진 방사상 경사 배향과 단위 중실부(14b')에 형성된 액정 도메인에서 얻어진 방사상 경사 배향은 상호 연속적이다. 따라서, 그 경계 상에는 디스클리네이션 라인(배향 결함)이 전혀 형성 되지 않음으로써, 디스클리네이션 라인의 발생으로 인한 디스플레이 품위의 저하를 방지한다.
액정 디스플레이 장치의 디스플레이 품위의 시야각 의존성을 전방위적으로 개선하기 위해, 각각의 화소 영역에서 각각의 방위 방향으로 배향되는 액정 분자의 존재 확률은 양호하게는 회전 대칭성을 가지며, 보다 양호하게는 축 방향 대칭성을 갖는다. 즉, 전체 화소 영역에 형성된 모든 액정 도메인은 양호하게는 회전 대칭성을 갖도록 배열되며 보다 양호하게는 축 방향 대칭성을 갖도록 배열된다. 그러나, 전체 화소 영역이 회전 대칭성을 가질 필요는 없지만, 화소 영역의 액정층은 회전 대칭성(또는 축 방향 대칭성)을 갖도록 배열된 액정 도메인의 집합(예컨대, 정방 격자 배열로 배치된 복수개의 액정 도메인)으로서 형성된다. 따라서, 화소 영역에 형성된 모든 복수개의 개구(14a)는 이것들이 회전 대칭성(또는 축 방향 대칭성)을 갖도록 배열된 개구의 집합(예컨대, 정방 격자 배열로 배치된 복수개의 개구)으로 표현되는 경우라면 전체 화소 영역이 회전 대칭성을 갖도록 배열될 필요는 없다. 물론, 각각 복수개의 개구(14a)로 둘러싸인 단위 중실부(14b')도 마찬가지로 배열된다. 또한, 각각의 액정 도메인의 형상도 또한 양호하게는 회전 대칭성을 갖고, 보다 양호하게는 축 방향 대칭성을 가지므로, 각각의 개구(14a)와 단위 중실부(14b')의 형상은 양호하게는 회전 대칭성을 갖고, 보다 양호하게는 축 방향 대칭성을 갖는다.
일부의 경우에는, 충분한 전압이 개구(14a)의 중심 근처의 액정층(30)의 부분을 통해 인가될 수 없어서, 개구(14a)의 중심 근처의 액정층(30)의 그 부분은 디 스플레이에 기여할 수 없다. 즉, 개구(14a) 근처의 액정층(30)의 부분의 방사상 경사 배향이 조금 교란되더라도(예컨대, 중심축이 개구(14a)의 중심으로부터 조금 이동될 때), 디스플레이 품위는 저하되지 않을 수 있다. 따라서, 적어도 단위 중실부(14b')에 대응해서 형성된 액정 도메인은 회전 대칭성을 갖거나 축 방향 대칭성으로 갖도록 배열되어야 한다.
도 2a 및 도 2b를 참조해서 설명된 바와 같이, 본 발명의 액정 디스플레이 장치(100)의 화소 전극(14)은 복수개의 개구(14a)를 가지며, 경사부를 갖는 등전위선(EQ)으로 표현된 전계가 화소 영역 내의 액정층(30)에 형성된다. 전압이 인가되지 않을 때 수직 배향 상태에 있는, 액정층(30)에 배치된 부의 유전 이방성을 갖는 액정 분자(30a)의 배향 변화는, 개구(14a)와 중실부(14b)에서 안정적인 방사상 경사 배향을 갖는 액정 도메인을 형성하기 위해, 등전위선(EQ)의 경사부 상에 위치된 액정 분자(30a)의 배향 변화에 의해 유발될 수 있다. 디스플레이는 액정층을 통해 인가된 전압에 따라 액정 도메인 내의 액정 분자의 배향을 변화시킴으로써 행해진다.
이하에서는, 본 실시예의 액정 디스플레이 장치(100)의 화소 전극(14)의 개구(14a)의 배열과 (기판 법선 방향에서 본) 형상에 대해 설명하기로 한다.
액정 디스플레이 장치의 디스플레이 특성은 액정 분자의 배향 상태(광학 이방성)로부터 얻어진 방위각 의존성을 나타낸다. 디스플레이 특성의 방위각 의존성을 저감하기 위해, 액정 분자는 양호하게는 동등한 확률로 각각의 방위각으로 배향된다. 또한, 각 화소 영역 내의 액정 분자는 양호하게는 동등한 확률로 각각의 방 위각으로 배향된다. 따라서, 개구(14a)는 양호하게는 액정 도메인이 각 화소 영역 내의 액정 분자(30a)를 동등한 확률로 각각의 방위각으로 배향하도록 형성될 수 있게 하는 형상을 갖는다. 특히, 개구(14a)의 형상은 양호하게는 (법선을 따라) 그 중심을 축으로 갖는 회전 대칭성(양호하게는 2회 회전축)을 가지며, 복수개의 개구(14a)는 양호하게는 회전 대칭성을 갖도록 배열된다. 또한, 대략 개구에 의해 둘러싸인 단위 중실부(14b')의 형상은 양호하게는 회전 대칭성을 가지며, 단위 중실부(14b')는 양호하게는 회전 대칭성을 갖도록 배열된다.
그러나, 모든 화소 영역에 걸쳐 회전 대칭성을 갖도록 개구(14a)와 단위 중실부(14b')를 배열할 필요는 없지만, 예컨대, 도 1a에 도시된 바와 같이 정방 격자의 조합으로부터 화소 영역을 형성하기 위해 정방 격자(4회 회전축을 갖는 대칭성)가 최소 단위로 사용될 때, 액정 분자는 전체 화소 영역에서 대략 동등한 확률로 모든 방위각으로 배향될 수 있다.
이하에서는, 도 4a, 도 4b 및 도 4c를 참조해서, 회전 대칭성을 갖는 별 형상의 개구(14a)와 대략 원형의 단위 중실부(14b)가 도 1a에 도시된 바와 같이 정방형 단위 격자 배열로 배치될 때 얻어진 액정 분자(30a)의 배향 상태에 대해 설명하기로 한다.
도 4a, 도 4b 및 도 4c는 기판 법선 방향에서 본 액정 분자(30a)의 배향 상태를 개략적으로 도시하고 있다. 도 4b 및 도 4c와 같은 기판 법선 방향에서 본 액정 분자(30a)의 배향 상태를 도시하는 도면에서, 타원형으로 도시된 각각의 액정 분자(30a)의 흑색 단부는, 흑색 단부가 타단부 보다는 개구(14a)를 갖는 화소 전극(14)이 형성된 기판에 근접하게 되도록 액정 분자(30a)가 경사지게 됨을 의미한다. 이것은 또한 후술하는 다른 도면에도 적용된다. 본 명세서에서는, 도 1a에 도시된 화소 영역 내의 (네 개의 개구(14a)에 의해 형성된) 하나의 단위 격자에 대해 설명하기로 한다. 각각의 사선을 따라 취해진 도 4a, 도 4b 및 도 4c의 단면도는 도 1a, 도 2a 및 도 2b에 대응하며, 이하에서 참조해서 설명하기로 한다.
화소 전극(14)과 대향 전극(22)이 등전위일 때, 즉 액정층(30)을 통해 전압이 인가되지 않을 때, TFT 기판(100a)의 표면과 액정층(30)에 대면하는 대향 기판(100b)의 표면에 설치된 수직 정렬막(도시 안됨)에 의해 그들의 배향 방향이 제어된 액정 분자(30a)는 도 4a에 도시된 바와 같은 수직 배향 상태이다.
도 2a의 등전위선(EQ)에 의해 표현된 전계가 액정층(30)을 통해 전압을 인가함으로써 생성될 때, 부의 유전 이방성을 갖는 액정 분자(30a)에는 액정 분자들의 축 방향이 등전위선(EQ)에 평행할 수 있도록 토오크가 인가된다. 도 3a 및 도 3b를 참조해서 설명된 바와 같이, 액정 분자(30a)의 분자 축에 수직한 등전위선(EQ)으로 표현된 전계에 위치된 액정 분자(30a)에서, 액정 분자(30a)를 경사지게 하는(회전시키는) 방향은 (도 3a에 도시된 바와 같이) 일의적으로 결정되지 않으며, 따라서 배향 변화(경사 또는 회전)가 용이하게 발생될 수 없다. 그 반대로, 액정 분자(30a)의 분자 축에 대해 경사진 등전위선(EQ) 상에 위치된 액정 분자(30a)에서, 경사(회전) 방향은 일의적으로 결정되며, 따라서 배향 변화가 용이하게 발생된다. 따라서, 도 4b에 도시된 바와 같이, 액정 분자(30a)는 액정 분자(30a)의 분자 축이 등전위선(EQ)에 대해 경사진 개구(14a)의 모서리부로부터 경사지기 시작한다. 그 러면, 도 3c를 참조해서 설명한 바와 같이, 개구(14a)의 모서리부에서 경사진 액정 분자(30a) 둘레에 위치된 액정 분자(30a)도 그들의 배향을 정합시키도록 경사진다. 결국, 액정 분자(30a)의 축 방향은 도 4c에 도시된 바와 같은 상태(방사상 경사 방향)에서 안정적으로 된다.
이런 방식에서, 개구(14a)가 회전 대칭성을 갖는 형상일 때, 화소 영역 내의 액정 분자(30a)는 전압을 인가함으로써 개구(14a)의 모서리부로부터 개구(14a)의 중심쪽으로 경사진다. 따라서, 각각의 모서리부로부터 작용하는 액정 분자(30a)에 대한 배향 규제력이 균형을 이루는 개구(14a)의 중심 근처의 액정 분자(30a)는 수직 배향된 상태로 유지되고, 이 때 둘레에 위치된 액정 분자(30a)는 개구(14a)의 중심 근처에 위치된 액정 분자(30a)의 둘레에서 방사상으로 연속해서 경사져 있다.
또한, 정방 격자 배열로 배치된 대략 별 형상의 네 개의 개구(14a)로 둘러싸인 대략 원형의 단위 중실부(14b')에 대응하는 영역에 위치된 액정 분자(30a)는 그 배향을 개구(14a)의 모서리부에서 생성된 경사 전계로 인해 경사진 액정 분자(30a)의 배향에 정합시키도록 경사진다. 모서리부로부터 작용하는 액정 분자(30a)에 대한 배향 규제력이 균형을 이루는 단위 중실부(14b')의 중심 근처에 위치된 액정 분자(30a)는 기판 표면에 대한 수직 배향된 상태를 유지하며, 이 때 그 둘레에 위치된 액정 분자(30a)는 단위 중실부(14b')의 중심 근처에 위치된 액정 분자(30a)의 둘레에서 방사상으로 연속해서 경사진다.
액정 분자(30a)가 방사상 경사 배향 상태에 있는 액정 도메인이 이런 방식에서 전체 화소 영역의 정방 격자 배열로 배치될 때, 액정 분자(30a)의 축방향 존재 확률은 회전 대칭성을 가지며, 따라서, 불균일성이 없는 고품위의 디스플레이가 모든 시야 방향에서 실현될 수 있다. 방사상 경사 배향을 갖는 액정 도메인의 시야각 의존성을 저감하기 위해, 액정 도메인은 양호하게는 높은 회전 대칭성(양호하게는 2회 회전축 이상, 보다 양호하게는 4회 회전축 이상)을 갖는다. 또한, 전체 화소 영역의 시야각 의존성을 저감하기 위해, 화소 영역에 형성된 복수개의 액정 도메인은 양호하게는 높은 회전 대칭성(양호하게는 2회 회전축 이상, 보다 양호하게는 4회 회전축 이상)을 갖는 (예컨대, 단위 격자의) 단위의 조합으로 표현된 (예컨대, 정방 격자의) 배열로 배치된다.
액정 분자(30a)의 방사상 경사 배향은 도 5a에 도시된 바와 같이 단순한 방사상 경사 배향일 때보다는 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이 시계 방향 또는 반시계 방향 나선형 방사상 경사 배향일 때 더욱 안정적이다. 이런 나선형 배향에서, 액정 분자(30a)의 배향 방향은 일반적인 트위스트형 배향에서와 같이 액정층(30)의 두께 방향을 따라 나선형으로 변화되지 않지만, 액정 분자(30a)의 배향 방향은 작은 영역에서 볼 때 액정 분자의 두께 방향을 따라 최소로 변화된다. 특히, 액정층(30)의 두께 방향을 따라 임의의 위치에서 취한 단면(층 표면에 평행한 평면 상의 임의의 단면)에서, 배향은 도 5b 및 도 5c에서의 배향과 동일하며 액정층(30)의 두께 방향을 따르는 트위스트형 변화는 최소로 발생된다. 그러나, 전체 액정 도메인에서는, 트위스트형 변화가 어느 정도 발생된다.
부의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 재료에 카이랄제가 첨가될 때, 액정 분자(30a)는 전압 인가시 개구(14a) 또는 단위 중실부(14b') 둘레에 도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같은 반시계 방향 또는 시계 방향 나선형 방사상 경사 배향을 얻는다. 나선 방향은 사용될 카이랄제의 종류에 의존한다. 따라서, 전압 인가시 액정층(30)을 나선형 방사상 경사 배향 상태로 개구 내에 위치시킴으로써, 기판 표면에 수직 배향된 액정 분자(30a) 둘레의 방사상 경사 액정 분자의 나선 방향은 모든 액정 도메인에서 동일하게 이루어질 수 있어서, 불균일성이 없는 균일한 디스플레이를 실현한다. 또한, 기판 표면에 수직 배향된 액정 분자(30a) 둘레의 나선 방향은 이렇게 결정되기 때문에, 액정층(30)을 통해 전압을 인가할 때의 응답 속도는 개선될 수 있다.
카이랄제가 첨가될 때, 액정 분자(30a)의 배향은 일반적인 트위스트형 배향에서와 같이 액정층(30)의 두께 방향을 따라 나선형으로 변화될 수 있다. 액정 분자(30a)의 배향이 액정층(30)의 두께 방향을 따라 나선형으로 변화되지 않을 때, 편광판의 편광축에 수직하게 또는 평행하게 배향된 액정 분자(30a)는 입사광의 위상차를 발생시키지 않으며, 따라서 이와 같은 배향 상태의 영역을 통과하는 입사광은 투과율에 어떤 기여도 하지 않는다. 그 반대로, 액정 분자(30a)의 배향이 액정층(30)의 두께 방향을 따라 나선형으로 변화되는 배향 상태에서는, 편광판의 편광축에 수직하게 또는 평행하게 배향된 액정 분자(30a)도 또한 입사광의 위상차를 발생시키며, 광의 광학 활성도가 사용될 수 있다. 따라서, 이와 같은 배향 상태의 영역을 통과하는 입사광이 투과율에 기여함으로써, 명료한 디스플레이를 할 수 있는 액정 디스플레이 장치를 실현된다.
비록 개구(14a)는 대략 별 형상이고 단위 중실부(14b')는 대략 원형이며, 이 들은 도 1a에서 정방 격자 배열로 배치되어 있지만, 개구(14a)와 단위 중실부(14b')의 형상과 배열은 도 1a에 도시된 것들에 제한되지 않는다.
도 6a 및 도 6b는 다른 형상의 개구(14a) 및 단위 중실부(14b')를 갖는 화소 전극(14A, 14B)에 대한 평면도이다.
도 6a 및 도 6b의 화소 전극(14A, 14B)의 개구(14a)와 단위 중실부(14b')는 도 1a의 개구(14a)와 단위 중실부(14b')와 비교해서 조금 변형된 형상을 갖는다. 화소 전극(14A, 14B)의 개구(14a)와 단위 중실부(14b')는 (4회 회전축이 아닌) 2회 회전축을 가지며 직사각형 단위 격자를 형성하도록 규칙적으로 배열된다. 각각의 개구(14a)는 변형된 별 형상을 가지며, 각각의 단위 중실부(14b')는 타원형(변형된 원형)을 갖는다. 화소 전극(14A, 14B)중 임의의 것이 사용될 때에도, 높은 디스플레이 품위 및 양호한 시야각 특성을 갖는 액정 디스플레이 장치가 얻어질 수 있다.
또한, 각각 도 7a 및 도 7b에 도시된 임의의 화소 전극(14C, 14D)이 사용될 수 있다.
각각의 화소 전극(14C, 14D)에서, 각각 대략 십자 형상을 갖는 개구(14a)는 대략 정방형의 단위 중실부(14b')를 형성하기 위해 정방 격자 배열로 배치된다. 물론, 이것들은 직사각형 단위 격자를 형성하도록 변형되어 배열될 수 있다. 대략 직사각 형상(정방형을 포함)의 이와 같은 단위 중실부(14b')가 규칙적으로 배열될 때에도, 높은 디스플레이 품위 및 양호한 시야각 특성을 갖는 액정 디스플레이 장치가 얻어질 수 있다.
그러나, 개구(14a) 및/또는 단위 중실부(14b')는, 그 형상이 원형이거나 타 원형일 때 방사상 경사 배향이 안정화될 수 있기 때문에, 직사각형에 비해 양호하게는 원형 또는 타원형의 형상을 갖는다. 이는 아마도 이들이 원형이거나 타원형일 때 개구(14a)의 모서리부가 연속으로(매끄럽게) 변화되어서 액정 분자(30a)의 배향 방향이 연속으로(매끄럽게) 변화될 수 있기 때문이다.
상술한 바와 같은 액정 분자(30a)의 배향 방향의 연속성의 관점에서 볼 때, 각각 도 8a 및 도 8b에 도시된 임의의 화소 전극(14E, 14F)이 사용될 수 있다. 도 8a의 화소 전극(14E)은 도 1a의 화소 전극(14)의 변형예이며, 단지 네 개의 원호에 의해 형성된 개구(14a)를 갖는다. 도 8b의 화소 전극(14F)은 도 7b의 화소 전극(14D)의 변형예이며 단위 중실부(14b')에 인접한 원호형의 모서리를 갖는 개구(14a)를 갖는다. 각각의 화소 전극(14E, 14F)의 개구(14a)와 단위 중실부(14b')는 4회 회전축을 가지며 (4회 회전축을 갖는) 정방 격자 배열로 배치된다. 그러나, 개구(14a)와 단위 중실부(14b')는 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이 2회 회전축을 갖도록 변형될 수 있고 직사각형 격자 배열로 배치될 수 있다.
상술한 예에서, 개구(14a)는 사실상 별 형상 또는 대략 십자형으로 형성되며, 단위 중실부(14b')는 대략 원형, 대략 타원형, 대략 정방(직사각)형 또는 곡면 코너를 갖는 대략 직사각 형상으로 형성된다. 그 반대로, 개구(14a)와 단위 중실부(14b') 사이의 관계는 부/정으로 반전될 수 있다. 예컨대, 도 9는 도 1a의 화소 전극(14)의 개구(14a) 및 단위 중실부(14b')의 패턴을 부/정으로 반전시킴으로써 얻어진 패턴을 갖는 화소 전극(14G)을 도시한다. 이와 같은 부/정으로 반전된 패턴을 갖는 화소 전극(14G)은 도1의 화소 전극(14)과 대략 동일한 기능을 나타낼 수 있다. 개구(14a) 및 단위 중실부(14b') 모두가 각각 도 10a 및 도 10b에 도시된 화소 전극(14H, 14I)에서와 같이 대략 정방형을 갖는 경우, 부/정으로 반전된 패턴은 원형 패턴과 동일하다.
도 1a의 패턴을 부/정으로 반전시킴으로써 얻어진 도 9의 패턴에서도, 개구(14a)의 일부(대략 1/2 또는 1/4)는 양호하게는 회전 대칭성의 단위 중실부(14b')를 형성하기 위해 화소 전극(14)의 모서리부에 형성된다. 따라서, 경사 전계로부터 나온 효과는 전체 화소 영역에서 안정적인 방사상 경사 배향을 실현하기 위해, 화소 영역의 중심에 유사한 화소 영역의 모서리에서도 얻어질 수 있다.
이하에서는, 도 1a의 화소 전극(14)과, 화소 전극(14)의 개구(14a) 및 단위 중실부(14b')의 패턴을 부/정으로 반전시킴으로써 얻어진 패턴을 갖는 도 9의 화소 전극(14G)을 예시함으로써 부의 패턴 또는 정의 패턴 중 어느 것이 사용되어야 하는지에 대해 설명하기로 한다.
부의 패턴 또는 정의 패턴에서, 개구(14a)의 모서리의 길이는 동일한다. 따라서, 경사 전계를 생성하는 기능에 있어서 이들 패턴간의 차이는 없다. 그러나, 단위 중실부(14b')의 면적비(화소 전극(14)의 전체 면적에 대한 비율)는 이들 패턴에서 서로 다르다. 특히, 패턴들은 액정층의 액정 분자에 인가된 전계를 발생시키기 위한 (도전막이 실질적으로 존재하는) 중실부(14b)의 면적에 있어 서로 다를 수 있다.
개구(14a)에 형성된 액정 도메인에 인가된 전압은 중실부(14b)에 형성된 액정 도메인에 인가된 전압보다 낮다. 따라서, 예컨대, 일반적인 흑색 모드 디스플 레이에서, 개구(14a)에 형성된 액정 도메인은 어둡다. 즉, 개구(14a)의 면적비가 높을 때, 디스플레이의 휘도는 낮아지는 경향이 있다. 따라서, 중실부(14b)의 면적비는 양호하게는 높다.
이는 도 1a의 패턴과 도 9의 패턴 중에서 중실부(14b)의 면적비가 높은 단위 격자의 피치(크기)에 의존한다.
도 11a는 도 1a의 패턴의 단위 격자를 도시하고 있고 도 11b는 도 9의 패턴의 단위 격자(중심으로서 개구(14a)를 갖지만)를 도시한다. 도 11a에는, 도1에서 인접한 단위 중실부(14b')를 상호 연결하는 부분(즉, 원형부로부터 네 방향으로 연장된 분지부)이 생략되었다. 정방형 단위 격자의 일 측면의 길이(피치)는 p이고 개구(14a) 또는 단위 중실부(14b')의 공간과 단위 격자 사이의 길이(측면 공간)는 s로 가정한다.
각각 서로 다른 피치(p)와 서로 다른 측면 공간(s)을 갖는 다양한 종류의 화소 전극(14)이 방사상 경사 배향의 안정성 등을 실험하기 위해 제조되었다. 결국, 최초로 발견된 것은, 도 11a의 패턴(이하, 양의 패턴)을 갖는 화소 전극(14)을 사용함으로써 방사상 경사 배향을 얻는 데 필요한 경사 전계를 생성하기 위해, 측면 공간(s)은 대략 2.75 ㎛ 이상이어야 한다는 것이다. 한편, 도 11b의 패턴(이하, 음의 패턴)을 갖는 화소 전극(14)에 관해서, 방사상 경사 배향을 얻기 위한 경사 전계를 생성하기 위해, 측면 공간(s)은 대략 2.25 ㎛ 이상이어야 한다는 것이 발견되었다. 측면 공간(s)이 이와 같은 하한값으로 설정된 상태에서, 피치(p)를 변경함으로서 얻어진 중실부(14b)의 면적비가 실험된다. 그 결과는 도 11c 및 표1에 나타나 있다.
표1
피치 p(㎛) 중실부의 면적비(%)
정의 패턴 부의 패턴
20 41.3 52.9
25 47.8 47.2
30 52.4 43.3
35 55.8 40.4
40 58.4 38.2
45 60.5 36.4
50 62.2 35.0
도 11c 및 표1로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 피치(p)가 대략 25 ㎛ 이상일 때, 중실부(14b)의 면적비는 (도 11a에 도시된) 정의 패턴에서 더 높으며, 피치(p)가 대략 25 ㎛보다 작을 때, 중실부(14b)의 면적비는 (도 11b에 도시된) 부의 패턴에서 더 높다. 따라서, 디스플레이 휘도 및 배향 안정성의 관점에서 볼 때, 사용될 패턴은 피치(p)가 대략 25 ㎛보다 큰지 작은지에 따라 변화된다. 예컨대, 세 개 이하의 단위 격자가 75 ㎛의 폭을 갖는 화소 전극(14)의 측방향으로 형성되는 경우, 도 11a에 도시된 바와 같은 정의 패턴이 선호되며, 네 개 이상의 단위 격자가 형성되는 경우에, 도 11b에 도시된 바와 같은 부의 패턴이 선호된다. 도 11a 및 도 11b의 예시적인 패턴 이외의 임의의 패턴을 사용함에 있어서, 정의 패턴 또는 부의 패턴은 더 높은 면적비의 중실부(14b)를 얻기 위해 적절하게 선택된다.
단위 격자의 수는 다음과 같이 얻어진다. 즉, 단위 격자의 크기는, 1, 2 또는 그 이상의 정수의 단위 격자가 화소 전극(14)의 폭 또는 길이를 따라 배열될 수 있도록 계산된다. 중실부의 면적비는 중실부의 면적비를 최대화시키는 단위 격자 를 선택하기 위해 단위 격자의 각 크기에 대해 계산된다. 그러나, 경사 젼계에 의해 얻어진 배향 규제력은 저하되며, 정의 패턴을 사용함에 있어 단위 중실부(14b')의 직경이 15 ㎛보다 작을 때 그리고 부의 패턴을 사용함에 있어 개구(14a)의 직경이 15 ㎛보다 작을 때 안정적인 방사상 경사 배향은 얻어지기 어렵다. 이들 직경의 하한값은 액정층(30)이 대략 3 ㎛의 두께일 때 얻어진다. 액정층(30)이 더 작은 두께를 갖는 경우, 단위 중실부(14b') 또는 개구(14a)의 두께가 하한값보다 작은 경우에도 안정적인 방사상 경사 배향이 얻어질 수 있다. 액정층(30)이 더 큰 두께를 갖는 경우, 안정적인 방사상 경사 배향을 얻는 데 필요한 단위 중실부(14b') 또는 개구(14a)의 직경의 하한값은 상술한 하한값보다 크다.
이하에서는, 제2 실시예에서 상세히 설명하는 바와 같이, 개구(14a) 내에 돌기를 형성함으로써 방사상 경사 배향의 안정성이 개선될 수 있다. 상술한 조건은 돌기가 형성되지 않을 때 적용된다.
도 11a에 도시된 바와 같은 정의 패턴에 관련해서, 각각 서로 다른 형상의 단위 중실부(14')와 서로 다른 측면 공간(s)을 갖는 다양한 화소 전극(14)이 방사상 경사 배향의 안정성과 투과율의 실험용으로 제조된다. 또한, 셀 두께(액정층(30)의 두께)를 변화시킴으로써 얻어진 배향 안정성도 실험된다. 후술하는 실험에서, 18.1 인치 SXGA 패널을 설치한 일반적으로 흑색 모드의 액정 디스플레이 장치가 사용된다.
우선, 각각 도 12a, 도 12b, 도 12c 및 도 12d에 도시된 바와 같은 형상을 갖는 단위 중실부(14b')를 포함하는 화소 전극(14)의 배향 안정성은, 피치(p)가 42.5 ㎛로 설정되고 측면 공간(s)이 4.25 ㎛, 3.50 ㎛ 또는 2.75 ㎛로 설정되고 셀 두께가 3.70 ㎛ 또는 4.15 ㎛로 설정된 상태에서 평가된다. 18.1 인치 SXGA 패널에서, 단위 격자는 피치(p)가 42.5 ㎛일 때 (화소 영역의 어떤 면적도 소실하지 않고) 보다 효율적으로 배열될 수 있다.
도12a는 대략 원형의 단위 중실부(14b')를 갖는 화소 전극(14)의 단위 격자에 대한 개략도이고, 도 12b 및 도 12c는 각각 대략 원호형의 코너를 갖는 대략 정방형의 단위 중실부를 갖는 화소 전극(14)의 단위 격자에 대한 개략도이고, 도 12d는 대략 정방형의 단위 중실부(14b')를 포함하는 화소 전극(14)의 단위 격자에 대한 개략도이다. 도 12b 및 도 12c의 단위 중실부는 대략 원호형의 코너의 형상을 개략적으로 나타내는 곡률 반경(r)과 중실부의 일 측면의 길이(L) 사이의 비율에 있어 서로 상이하며, 도 12b에서는 1:3이고 도 12c에서는 1:4이다. 도 12a, 도 12b, 도 12c 및 도 12d에서, 도 1에서 인접한 중실부들을 상호 연결하는 부분(원형부로부터 네 방향으로 연장된 분지부)들은 생략되었다.
방향 안정성의 정도는, 예컨대 동적 화상을 디스플레이함에 있어 잔상의 존재를 조사함으로써 평가될 수 있다. 흑색 박스(box)가 중간 회색 비율 배경에서 이동하는 동적 화상을 디스플레이함에 있어, 배향 안정성의 정도는 디스플레이에 영향을 미치게 된다. 이런 백색 트레일링 잔상은 카이랄제를 포함하는 네마틱 액정이 액정 재료로서 사용될 때 발생될 수 있다. 이하에서는 백색 트레일링 잔상에 대해 설명하기로 한다.
표2는 상술한 다양한 인자가 변화하는 상태에서 얻어진 백색 트레일링 잔상의 발생 정도를 가시적으로 평가한 결과를 나타내고 있다. 표2에서, 도 12a, 도 12b, 도 12c 및 도 12d에서 각각 도시된 단위 중실부(14b')의 형상은 원형, 베럴 A형(barrel A), 베럴 B형 및 정방형으로 표시된다. 또한, 표2에서 ◎은 트레일링 잔상이 관찰되지 않음을 나타내며,
Figure 112002006026493-pat00001
은 트레일링 잔상이 최소로 관찰됨을 나타내며,
Figure 112002006026493-pat00002
은 트레일링 잔상이 관찰됨을 나타낸다.
표2
측면 공간(s)(㎛) 4.25 3.50 2.75
셀 두께(㎛) 3.70 4.15 3.70 4.15 3.70 4.15
원형 ◎ ◎ ◎ ◎ ◎
Figure 112001020012189-pat00003
베럴 A형 ◎ ◎
Figure 112001020012189-pat00004
Figure 112001020012189-pat00005
Figure 112001020012189-pat00006
Figure 112001020012189-pat00007
베럴 B형 ◎ ◎
Figure 112001020012189-pat00008
Figure 112001020012189-pat00009
Figure 112001020012189-pat00010
Figure 112001020012189-pat00011
정방형 ◎
Figure 112001020012189-pat00012
Figure 112001020012189-pat00013
Figure 112001020012189-pat00014
Figure 112001020012189-pat00015
Figure 112001020012189-pat00016
표2에 나타난 바와 같이, 단위 중실부(14b')의 형상과 관련해서, 배향 안정성은 원형, 베럴 A형, 베럴 B형 및 정방형의 순서로 높다. 이는 단위 중실부(14b')의 형상이 보다 원형에 가까울수록 방사상 경사 배향 상태에서의 액정 분자(30a)의 배향 방향의 연속성이 높기 때문이다. 또한 표2에서 나타난 바와 같이, 측면 공간(s)이 클수록 배향 안정성은 높다. 이는 측면 공간(s)이 클수록 경사 전계에 의한 배향 제어 효과가 보다 뚜렷하게 나타나기 때문이다. 또한, 배향 안정성은 셀 두께가 작을수록 안정적이다. 이는 셀 두께가 작을수록 경사 전계에 의한 배향 제어 효과가 보다 뚜렷하게 나타나기 때문이다.
배향 안정성을 평가하기 위해, 압력에 의한 불균일의 발생(압력 잔상) 정도도 평가된다. 결국, 배향 안정성은 셀 두께가 작을수록 높다는 것이 확인된다. 압력 잔상은 액정 디스플레이 장치의 패널 표면에 응력을 가함으로써 발생된 배향 동요가 응력 제거후 디스플레이 불균일성으로서 잔류하는 정도를 시험함으로써 평가된다.
다음으로, 투과율이 배향 안정성의 값에 따라 변경되는 다양한 인자를 사용해서 평가된다. 표3은 셀 두께가 3.70 ㎛인 액정 디스플레이 장치에서의 백색 디스플레이(액정층을 통해 6.0 V의 전압을 인가할 때)에서 측정된 투과율의 결과를 보여준다. 표3은 베럴 B 형상의 단위 중실부(14b')를 포함하고 4.25 ㎛의 측면 공간(s)을 갖는 화소 전극(14)을 사용하는 액정 디스플레이 장치의 투과율이 1이라고 가정함으로써 평가된 투과율을 보여준다. 또한, 표3에서 괄호를 사용한 숫자값은 투과율(즉, 백색 디스플레이의 백라이트 광원의 광 강도가 100이라고 가정함으로써 얻어진 전방 투과율)의 실측치이다.
표3
측면 공간(s)(㎛) 4.25 3.50 2.75
원형 0.885(3.06) 0.917(3.17) 0.940(3.25)
베럴 A형 0.953(3.29) 0.989(3.42) 1.024(3.54)
베럴 B형 1.000(3.45) 1.031(3.56)
정방형 1.028(3.55)
표3에 나타난 바와 같이, 단위 중실부(14b')의 형상과 관련해서, 투과율은 정방형, 베럴 B형, 베럴 A형 및 원형의 순서로 높다. 이는 측면 공간(s)이 같을 때, 중실부(14b')의 형상이 정방형에 더욱 근접할수록 중실부(14b')의 면적비는 더 크게 되고, 따라서 전극에 의해 생성된 전계에 의해 직접 영향을 받는 액정층의 일부의 (기판 법선에서 본 평면 상에서 한정되는) 면적은 크게 되어, 유효 개구비를 증가시키기 때문이다. 표3에 나타난 바와 같이, 투과율은 측면 공간(s)이 작을수록 높다. 이는 측면 공간(s)이 작을수록, 중실부(14b)의 면적비는 높고, 따라서 유효 개구비는 높다.
상술한 바와 같이, 배향 안정성은 단위 중실부(14b')의 형상이 원형에 보다 근접하게 되고 측면 공간(s)이 클수록 더 크게 된다. 또한, 배향 안정성은 셀 두께가 작을수록 더 높다.
또한, 유효 개구비는 중실부(14b)의 면적비가 높을수록 높기 때문에, 투과율은 단위 중실부(14b')의 형상이 정방형(직사각형)에 보다 근접하게 되고 측면 공간(s)이 작을수록 더 높다.
따라서, 원하는 배향 안정성 및 투과율을 고려해서, 단위 중실부의 형상, 측면 공간(s) 및 셀 두께가 결정된다.
도 12b 및 도 12c에 도시된 바와 같이, 단위 중실부(14b')가 대략 원호형의 코너를 구비한 대략 정방형을 가질 때, 배향 안정성과 투과율은 비교적 높을 수 있다. 물론, 상술한 효과는 단위 중실부(14b')가 대략 원호형의 코너를 갖는 대략 직사각 형상을 가질 때 얻어질 수 있다. 도전막으로 형성된 단위 중실부(14b')의 코너의 형상은 제조 공정 상의 제약으로 인해 엄밀하게는 원호형이 아닐 수 있지만, 둔각화된 다각형(90도를 넘는 복수개의 각으로 형성된 형상)일 수 있다. 코너는 1/4 원호 형상 또는 정다각 형상(예컨대, 정다각형의 일부)을 가질 뿐만 아니라 (타원형의 일부와 같이) 조금 변형된 원호 형상 또는 변형된 다각 형상을 갖는다. 다르게는, 코너의 형상은 커브와 둔각을 조합함으로써 얻어진 형상일 수 있다. 본 명세서에서 대략 원호 형상의 코너는 상술한 형상 중 임의의 형상을 갖는 코너를 포함한다. 생산 공정에서도 동일한 이유로 해서, 도 12a에 도시된 바와 같은 대략 원형의 단위 중실부(14b')의 형상도, 정확한 원이 아닌 다각 형상 또는 조금 변형된 원형일 수 있다.
그 배향 안정성과 투과율이 표2 및 표3에 기록된 액정 디스플레이 장치에서, 배향 안정성 및 투과율 모두는 베럴 B형의 단위 중실부를 포함하고 4.25 ㎛의 측면 공간(s)을 갖는 화소 전극(14)을 사용할 때 비교적 높을 수 있다.
제1 실시예의 액정 디스플레이 장치의 구조는 화소 전극(14)이 개구(14a)를 갖는 전극이라는 것 이외에는 수직 정렬식 액정 디스플레이 장치의 구조와 대략 동일하고, 본 발명의 액정 디스플레이 장치는 임의의 공지된 제조 방법에 의해 제조될 수 있다.
부의 유전 이방성을 갖는 액정 분자를 수직으로 배향하기 위해, 수직 배향층(도시 안됨)은 통상적으로 화소 전극(14)과 액정층(30)에 대면하는 대향 전극(22)의 표면 상에 형성된다.
액정 재료로서는, 부의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 재료가 사용된다. 또한, 게스트-호스트(guest-host) 모드의 액정 디스플레이 장치는 2색 색소를 첨가함으로써 제조될 수 있다. 게스트-호스트 모드의 액정 디스플레이 장치는 편극판을 필요로 하지 않는다.
제2 실시예
이하에서는, 도 13a 내지 도 13b를 참조해서 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 디스플레이 장치(200)의 하나의 화소 영역의 구조에 대해 설명하기로 한다. 이하에서 참조되는 모든 도면에서, 액정 디스플레이 장치(100)의 기능들과 대략 동일한 기능을 갖는 유사한 소자들에 대해서는 설명을 생략하기 위해 유사한 인용 부호를 사용하기로 한다. 도 13a는 기판 법선 방향에서 본 평면도이고, 도 13b는 도 13a의 선 13B-13B'를 따라 취한 단면도이다. 도 13b는 액정층을 통해 전입이 인가되지 않은 상태를 보여준다.
도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이, 액정 디스플레이 장치(200)는, 화소 전극(14)의 각 개구(14a) 내에 돌기(40)를 포함하는 TFR 기판(200a)에 있어 도 1a 및 도 1b에 도시된 제1 실시예의 액정 디스플레이 장치(100)와 상이하다. 돌기(40) 상에는, 수직 정렬막(도시 안됨)이 설치된다.
기판(11)의 평면 방향을 따라 취한 돌기(40)의 단면 구조는 도 13a에 도시된 바와 같이 개구(14a)의 형상과 동일하며, 여기에서는 대략 별 형상이다. 인접한 돌기(40)들은 단위 중실부(14b')를 대략 원형으로 완전히 둘러싸도록 상호 연결된다. 기판(11)의 평면 방향을 따라 취한 돌기(40)의 단면 구조는 도 13b에 도시된 바와 같이 사다리꼴 형상이다. 특히, 돌기는 기판 표면에 평행한 상부면(40t)과 기판면에 대해 테이퍼각(θ)(＜ 90°)으로 경사진 측면(40s)을 갖는다. 수직 정렬막(도시 안됨)은 돌기(40)를 덮도록 형성되기 때문에, 돌기(40)의 측면(40s)은 방사상 경사 배향을 안정화시키기 위해, 경사 전계의 배향 규제 방향과 동일한 방향으로 액정층(30)의 액정 분자(30a)를 배향시키는 배향 규제력을 갖는다.
이하에서는 도 14a, 14b, 14c, 14d, 15a 및 15b을 참조해서 돌기(40)의 기능에 대해 설명하기로 한다.
우선, 도 14a, 14b, 14c, 14d, 15a 및 15b을 참조해서 액정 분자(30)의 배향과 수직 정렬 특성을 갖는 표면의 형상 사이의 관계에 대해 설명하기로 한다.
도 14a에 도시된 바와 같이, 수평면 상에 위치된 액정 분자(30a)는 수직 정렬 특성을 갖는 표면(통상적으로 수직 정렬막의 표면)의 배향 규제력에 의해 표면에 수직하게 배향된다. 액정 분자(30a)의 축방향에 수직한 등전위선(EQ)에 의해 표현된 전계가 수직 배향된 액정 분자(30a)에 인가될 때, 이것을 동등한 확률로 시계 방향 또는 반시계 방향으로 경사지게 하는 토오크가 액정 분자(30a)에 인가된다. 따라서, 서로 대향하는 평행판 유형의 전극 사이에 배치된 액정층(30)에서, 토오크가 일부 액정 분자(30a)에는 시계 방향으로 인가되고 다른 액정 분자(30a)에는 반시계 방향으로 인가된다. 결국, 액정층(30)을 통해 인가된 전압에 따른 배향 상태의 변화가 매끄럽지 않게 발생되는 경우가 있을 수 있다.
도 14b에 도시된 바와 같이, 수평 등전위선(EQ)으로 표현된 전계가 경사면에 수직 배향된 액정 분자(30a)에 인가될 때, 액정 분자(30a)는 작은 경사를 갖는 등전위선(EQ)에 평행하게 배향시키는 방향(도면에서 시계 방향)으로 경사진다. 또한, 도 14c에 도시된 바와 같이, 수평면에 수직하게 배향된 액정 분자(30a)는 연속적인 정합 배향을 이루도록 경사면 상에 위치된 다른 액정 분자(30a)와 동일한 방향(시계 방향)으로 경사진다.
도 14d에 도시된 바와 같이, 단면이 연속 사다리꼴 형상인 불규칙한 표면 상에서, 상부 또는 하부의 수평한 표면 상에 위치된 액정 분자(30a)는 경사면 상에 위치된 액정 분자(30a)의 배향 방향과 정합하도록 배향된다.
본 실시예의 액정 디스플레이 장치에서, 방사상 경사 배향은 이와 같은 표면 형상(돌기)에 의해 얻어진 배향 규제력을 경사 전계에 의해 얻어진 배향 규제 방향에 일치하도록 만듦으로써 안정화된다.
도 15a 및 도 15b는 도 13b의 액정층(30)을 통해 전압을 인가함으로써 얻어진 상태를 도시하며, 특히, 도 15a는 액정층(30)의 배향이 액정층(30)을 인가되는 전압에 따라 변화하기 시작하는 상태(ON 초기 상태)를 개략적으로 도시하고 있으며, 도 15b는 인가된 전압에 따라 변화된 액정 분자(30a)의 배향이 정상 상태를 달성한 상태를 개략적으로 도시한다. 도 15a 및 도 15b에서, 선 EQ는 등전위선을 나타낸다.
화소 전극(14)과 대향 전극(22)이 동일한 전위를 가질 때(즉, 액정층(30)을 통해 전압이 인가되지 않을 때), 화소 영역 내의 액정 분자(30a)는 도 13b에 도시된 바와 같이 기판(11, 21)의 표면에 수직 배향된다. 이 때, 돌기(40)의 측면(40s) 상에 형성된 수직 정렬막(도시 안됨)과 접촉하는 액정 분자(30a)는 측면(40s)에 수직 배향되며, 측면(40s)의 근처에 있는 액정 분자(30a)는 둘레의 액정 분자(30a)와의 상호 작용(탄성 기판으로서의 특성)으로 인해 도면에 도시된 바와 같이 경사지도록 배향된다.
전압이 액정층(30)을 통해 인가될 때, 도 15a의 등전위선(EQ)으로 표현된 전위 구배가 형성된다. 등전위선(EQ)은, 화소 전극(14)의 중실부(14b)와 대향 전극(22) 사이에 위치된 액정층(30)의 영역 내에서 중실부(14b)와 대향 전극(22)의 표면에 평행하고 화소 전극(14)의 개구(14a)에 대응하는 영역에서 떨어지며, 등전위선(EQ)의 경사부로 표현된 경사 전계는 개구(14a)의 모서리부에서 액정층(30)의 영역(경계를 포함하는 개구(14a)의 내측 주변)에 형성된다.
이런 경사 전계로 인해, 모서리부(EG) 상에 위치된 액정 분자(30a)는, 등전위선(EQ)에 평행하게 배향시키기 위해, 상술한 바와 같이 도면의 우측 상의 모서리부(EG)에서는 시계 방향으로 그리고 도면의 좌측 상의 모서리부(EG)에서는 반시계 방향으로 경사(회전)진다. 이런 경사 전계에 의한 배향 규제 방향은 각각의 모서리(EG)에 위치된 측면(40s)에 의해 얻어진 배향 규제 방향과 일치한다.
상술한 바와 같이, 등전위선(EQ)의 경사부 상에 위치된 액정 분자(30a)로부터 시작하는 배향 변화가 진행되어 정상 상태를 달성할 때, 도 15b에 개략적으로 도시된 배향 상태가 얻어진다. 개구(14a)의 중심 근처, 즉 돌기(40)의 상부면(40t) 근처에 위치된 액정 분자(30a)는 개구(14a)의 대향하는 양측 모서리부(EG)에 위치된 액정 분자(30a)의 배향에 의해 대략 동일하게 영향을 받으며, 따라서 배향을 등전위선(EQ)에 수직하게 유지한다. 개구(14a)의 중심에서 멀리 위치된 액정 분자(30a)는 경사 배향을 개구(14a)(돌기(40)의 상부면(40t))의 중심(SA) 둘레에 대칭으로 형성하기 위해 인접한 모서리부(EG)에 위치된 액정 분자(30a)의 배향의 영향으로 인해 경사진다. 또한, 대략 개구(14a)와 돌기(40)에 의해 둘러싸인 단위 중실부(14b')에 대응하는 영역에서, 단위 중실부(14b')의 중심(SA) 둘레에는 대칭적인 경사 배향이 형성된다.
이와 같은 방식에서, 제2 실시예의 액정 디스플레이 장치(200)에서도 제1 실시예의 액정 디스플레이 장치(100)에서와 동일한 방식으로 개구(14a)와 단위 중실부(14b')에 대응하는 방사상 경사 배향을 갖는 액정 도메인이 형성된다. 돌기(40) 는 단위 중실부(14b')를 대략 원형으로 완전히 둘러싸도록 형성되기 때문에, 돌기(40)에 의해 둘러싸인 대략 원형 영역에 대응하는 액정 도메인이 형성된다. 또한, 개구(14a) 내에 형성된 돌기(40)의 측면은 경사 전위에 의해 발생된 배향 방향과 동일 방향으로 개구(14a)의 모서리부(EG)의 근처에 위치된 액정 분자(30a)를 경사지게 하도록 작용함으로써, 방사상 경사 배향을 안정화시킨다.
물론, 경사 전계에 의해 얻어진 배향 규제력은 단지 전압이 인가되면 작용하고 전계의 크기(즉, 인가된 전압의 크기)에 의존해서 변화된다. 따라서, 전계가 작은 크기를 가지면(즉, 인가된 전압이 낮으면), 경사 전계에 의한 배향 규제력은 액정 패널에 외력이 작용할 때 액정 재료의 부유로 인해 붕괴될 수 있다. 일단 방사상 경사 배향이 붕괴되면, 방사상 경사 배향은 충분히 강한 배향 규제력을 나타내는 경사 전계를 생성하기에 충분히 높은 전압이 인가될 때까지 회복될 수 없다. 그 반대로, 돌기(40)의 측면(40s)에 의한 배향 규제력은 인가된 전압에 무관하게 작용하며 정력막의 고정 효과로 알려진 바와 같은 강한 힘이다. 따라서, 일단 방사상 경사 배향이 액정 재료의 부유로 인해 붕괴되더라도, 돌기(40)의 측면(40s) 근처에 위치된 액정 분자(30a)는 그 배향 방향을 방사상 경사 배향의 방향과 동일하게 유지한다. 따라서, 방사상 경사 배향은 액정 분자의 부유가 중단될 때에도 용이하게 복구될 수 있다.
이와 같은 방식에서, 제2 실시예의 액정 디스플레이 장치(200)는 제1 실시예의 액정 디스플레이 장치(100)와 동일한 특성을 가질 뿐만 아니라, 외력에 대한 높은 저항 특성도 갖는다. 따라서, 액정 디스플레이 장치(200)는 외력이 자주 작용 되는 휴대용 장비로서 일반적으로 사용되는 PC 또는 PDA에 적절하게 사용된다.
돌기(40)가 투명성이 높은 유전성 기판으로부터 형성될 때, 돌기(40)는 개구(40a)에 대응해서 형성된 액정 도메인의 디스플레이에 대한 기여도를 향상시킬수 있는 이점이 있다. 한편, 돌기(40)가 불투명성 유전성 기판으로부터 형성될 때, 돌기(40)의 측면(40s)으로 인해 경사지도록 배향된 액정 분자(30a)의 지체에 기인하는 누광(light leakage)이 억제될 수 있다는 이점이 있다. 사용되는 유전성 기판의 종류는 액정 디스플레이 장치의 적용에 의존해서 결정될 수 있다. 어느 경우에나, 유전성 기판이 감광 수지일 때, 개구(14a)의 패턴에 따라 유전성 기판을 패터닝하는 단계를 단순화할 수 있다는 이점이 있다. 충분한 배향 규제력을 얻기 위해, 돌기(40)의 높이는 액정층(30)이 대략 3 ㎛의 두께를 가질 때 양호하게는 대략 0.5 ㎛와 대략 2 ㎛ 사이의 범위 내에 있다. 일반적으로, 돌기(40)의 높이는 양호하게는 액정층(30)의 두께의 대략 1/6 내지 2/3 사이의 범위이다.
상술한 바와 같이, 액정 디스플레이 장치(200)는 화소 전극(14)의 개구 내에 돌기(40)를 포함하며, 돌기(40)의 측면(40s)은 경사 전계에 의해 얻어진 배향 규제 방향과 동일한 방향으로 액정층(30)의 액정 분자(30a)를 배향시키는 배향 규제력을 갖는다. 이하에서는 도 16a, 도 16b 및 도 16c를 참조해서, 측면(40s)이 경사 전계의 배향 규제 방향과 동일한 방향의 배향 규제력을 얻기에 양호한 조건에 대해 설명하기로 한다.
도 16a, 도 16b 및 도 16c은 모두 도 15a에 대응하는 각각 액정 디스플레이 장치(200A, 200B, 200C)의 개략 단면도이다. 모든 액정 디스플레이 장치(200A, 200B, 200C)는 개구(40a) 내에 돌기를 가지며, 단일 구조로서의 전체 돌기(40)와 개구(14a) 사이의 위치 관계에 있어서 액정 디스플레이 장치(200)와 상이하다.
상술한 액정 디스플레이 장치(200)에서, 도 15a에 도시된 바와 같이, 단일 구조로서의 전체 돌기(40)는 개구(14a) 내에 형성되며 돌기(40)의 바닥은 개구(14a)보다 작다. 도 16a의 액정 디스플레이 장치(200A)에서, 돌기(40A)의 바닥은 개구(14a)와 일치하며, 도 16b의 액정 디스플레이 장치(200B)에서, 돌기(40B)는 돌기(40B)가 개구(14a) 둘레의 중실부(도전막, 14b)의 일부를 덮을 수 있도록 개구(14a)보다 큰 바닥을 갖는다. 각각의 돌기(40, 40A, 40B)에서, 중실부(14b)는 측면(40s) 상에 형성되지 않는다. 결국, 각각의 도면에 도시된 바와 같이, 등전위선(EQ)은 중실부(14b) 상에서 대략 편평하며, 개구(14a)에서 떨어진다. 따라서, 액정 디스플레이 장치(200A, 200B)의 각각의 돌기(40A, 40B)의 측면(40s)은 방사상 경사 배향을 안정화시키기 위해, 액정 디스플레이 장치(200)의 돌기와 유사한 경사 전계의 배향 규제 방향과 동일한 방향의 배향 규제력을 나타낼 수 있다.
반대로, 도 16c의 액정 디스플레이 장치(200C)의 돌기(40C)의 바닥은 개구(14a)보다 크며, 개구(14a) 둘레의 중실부(14b)의 부분은 돌기(40c)의 측면(40s) 상에 형성된다. 측면(40s)에 형성된 중실부(14b)로 인해, 등전위선(EQ)에는 정점이 형성된다. 등전위선(EQ)의 정점은 개구(14a)에서 떨어지는 등전위선(EQ)의 구배에 반대되는 구배를 가지며, 그 의미는 경사 전계가 액정 분자(30a)를 방사상 경사지도록 배향시키는 경사 전계에 역방향으로 생성된다는 것이다. 따라서, 경사 전계에 의해 얻어진 배향 규제 방향과 동일한 방향의 배향 규 제력을 나타내는 측면(40s)을 얻기 위해서, 중실부(14b)(도전막)는 측면(40s) 상에 형성되지 않는 것이 양호하다.
이하에서는, 도 17을 참조해서, 도 13a의 선 17A-17A'을 따라 취한 돌기(40)의 단면 구조에 대해 설명하기로 한다.
상술한 바와 같이, 도 13a의 돌기(40)는 단위 중실부(14b')를 대략 원형으로 완전히 둘러싸도록 형성되기 때문에, 인접한 단위 중실부(14b')를 상호 연결하는 부분(즉, 원형부로부터 네 방향으로 연장된 분지부)들은 도 17에 도시된 바와 같이 돌기(40) 상에 형성된다. 따라서, 화소 전극(14)의 중실부(14b)를 형성하기 위해 도전막을 도포할 때 돌기(40) 상에서 단선될 위험이 있거나, 제조 공정의 순차적 단계에서 박피가 발생할 가능성이 높을 수 있다.
따라서, 도 18a 및 도 18b에 도시된 액정 디스플레이 장치(200D)에서와 같이, 독립적인 돌기(40D)가 개구(14a) 내에 완전히 포함되도록 형성된다. 따라서, 중실부(14b)를 형성하기 위한 도전막이 기판(11)의 편평 표면 상에 형성되며, 따라서, 단선 및 박피의 위험이 방지될 수 있다. 비록 돌기(40D)는 단위 중실부(14b')를 대략 원형으로 완전히 둘러싸도록 형성되지 않지만, 대략 원형의 액정 도메인은 상술한 액정 디스플레이 장치에 유사한 방사상 경사 배향을 안정화시키기 위해, 단위 중실부(14b')에 대응하도록 형성된다.
개구(14a)에 돌기(40)를 형성함으로써 방사상 경사 배향을 안정화시키는 효과는 상술한 패턴을 갖는 개구(14a)에서 뿐만 아니라 제1 실시예에서 설명된 임의의 패턴을 갖는 개구(14a)에서도 나타나며, 동일한 효과가 임의의 패턴을 사용함으 로서 달성될 수 있다. 돌기(40)에 의한 외력에 대한 방사상 경사 배향을 안정화시키는 효과를 충분히 나타내기 위해, 돌기(40)의 (기판 법선 방향에서 본) 패턴은 양호하게는 가능한 크게 액정층(30)의 영역을 둘러싸는 형상을 갖는다. 따라서, 돌기(40)에 의해 배향 효과를 안정화시키는 효과는, 예컨대 원형 개구(14a)를 갖는 부의 패턴에서 보다는 원형 단위 중실부(14b')를 갖는 정의 패턴에서 더욱 선명하게 나타날 수 있다.
(편광판 및 위상판의 배열)
전압이 인가되지 않은 상태에서 부의 유전 이방성을 갖는 액정 분자가 수직하게 배향된 액정층을 포함하는 소위 수직 배열식 액정 디스플레이 장치에서, 디스플레이는 다양한 디스플레이 모드로 행해질 수 있다. 예컨대, 액정층의 복굴절율을 전계에 의해 제어함으로써 디스플레이를 행하는 복굴절 모드 뿐만 아니라, 광학 회전 모드와 광학 회전 모드 및 복굴절 모드의 조합도 디스플레이 모드로서 사용될 수 있다. 제1 및 제2 실시예에서 설명된 각각의 액정 디스플레이 장치에서 한 쌍의 편광판이 한 쌍의 기판(예컨대, TFT 기판 및 대향 기판)의 외측 상에 설치될 때, 복굴절 모드의 액정 디스플레이 장치가 얻어질 수 있다. 또한, 위상 보상 장치(통상적으로, 위상판)가 필요한 경우 설치될 수 있다. 또한, 대략 원형의 편광된 광을 사용함으로써 명료한 디스플레이를 할 수 있는 액정 디스플레이 장치가 얻어질 수 있다.
도 5b 및 도 5c에 도시된 바와 같이 액정 도메인이 나선형 방사상 경사 배향 상태로 위치된 액정 디스플레이 장치에서, 디스플레이 품위는 편광판의 위치를 최 적화함으로써 더욱 개선될 수 있다. 이하에서는 편광판의 양호한 실시예에 대해 설명하기로 한다. 이하에서는, 서로에 대해 대략 수직한 편광축을 갖기 위해, 한 쌍의 편광판이 한 쌍의 기판의 외측(예컨대, TFT 기판 및 대향 기판) 상에 설치된 일반적으로 흑색 모드에서 디스플레이를 행하는 액정 디스플레이 장치의 사례에 대해 설명하기로 한다. 나선형 방사상 경사 배향 상태는, 예컨대 카이랄제를 포함하는 부의 유전 이방성을 갖는 네마틱 액정 재료를 사용함으로써 실현된다. 다음의 설명에서, "나선형 방사상 경사 배향"이 "나선형 배향"으로 간단하게 지칭될 경우도 있다.
우선, 도 19a, 도 19b 및 도 19c를 참조해서 액정 도메인이 나선형 배향 상태에 있을 때 얻어진 액정 분자의 배향 상태에 대새 설명하기로 한다. 도 19a는 액정층을 통해 전압을 인가한 직후 얻어진 액정 분자의 배향 상태에 대한 개략도이고, 도 19b 및 도 19c는 배향 안정시(정상 상태)에 얻어진 액정 분자의 배향 상태에 대한 개략도이다.
액정층을 통해 전압을 인가한 직후, 액정 분자(30a)는 도 19a에 도시된 바와 같이 복수개의 액정 도메인에서 간단한 방사상 경사 배향 상태로 위치된다. 그 후 배향이 더욱 진행될 때, 액정 분자(30a)는 액정층의 평면의 소정 방향으로 경사지게 되고, 배향 안정시(정상 상태), 액정 분자(30a)는 도 19b 및 도 19c에 도시된 바와 같이 시계 방향 또는 반시계 방향 나선형 배향으로 된다.
이 때, 액정 분자(30a)가 반시계 방향으로 경사지게 될 때, 액정 도메인은 도 19b에 도시된 바와 같이 시계 방향 나선형 배향 상태로 되며, 액정 분자(30a)가 시계 방향으로 경사지게 될 때, 액정 도메인은 도 19c에 도시된 바와 같이 반시계 방향 나선형 배향 상태로 된다. 나선형 배향의 방향은, 예컨대 액정 재료에 첨가되는 카이랄제의 종류에 의존한다.
평면 상에서 액정 분자(30a)의 경사도는 도 19b 및 도 19c에 도시된 바와 같이, 복수개의 액정 도메인의 각각의 중심에 대해 디스플레이 표면 상에서 12시 방향으로 위치된 액정 분자(30a')의 디스플레이 표면 상에서 12시 방향(즉, 디스플레이 표면의 상부 방향 및 간단히 12시 방향으로 지칭됨)에 대해 각도(θ)에 의해 조절된다. 액정 도메인의 중심은 통상적으로 대략 개구 또는 중실부의 중심에 일치한다.
상술한 위치에 배치된 액정 분자(30a')는 실질적으로 각도(θ)와는 다른 각도로 경사질 수 있다. 본 명세서에서는, 최고의 확률을 갖는 액정 분자(30a')의 경사 각도를 각도(θ)로 한정하기 위해, 디스플레이 표면 상에서 12시 방향에 대해 상술한 위치에 배치된 액정 분자(30a')의 경사 각도와 액정 분자(30a')의 존재 확률이 조사된다. 통상적으로, 액정층의 두께 방향으로 중심 근처에 위치된 액정 분자(30a')의 경사 각도는 각도(θ)와 일치한다. 12시 방향에 대한 액정 분자(30a')의 각도는, 엄밀히 말해, 액정 분자(30a')의 배향 방향의 방위각 방향과 12시 방향 사이의 각도이다.
액정 도메인이 상술한 바와 같은 나선형 배향 상태에 있는 액정 디스플레이 장치에서, 액정 도메인이 나선형 배향 상태일 때 얻어진 광 투과율은, 하나의 편광판의 편광축이 12시 방향에 대해 0도 보다는 크지만 2θ보다는 작은 각도만큼 상술 한 액정 분자의 경사 방향과 동일한 방향으로 경사질 수 있도록 한 쌍의 편광판이 배치될 때, 개선될 수 있다. 따라서, 명료한 디스플레이가 얻어질 수 있다. 이하에서는, 예를 사용해서 보다 상세하게 설명하기로 한다.
우선, 도 20을 참조해서, 백색 디스플레이 상태, 즉 액정층을 통해 소정의 전압을 인가하면서 액정 도메인이 나선형 방사상 경사 배향 상태에 있을 때의 상태에서, 직교 니콜 상태로 유지된 한 쌍의 편광판을 액정 패널 둘레에서 회전시킴으로써 12시 방향에 대한 편광축의 경사 각도를 변화시킴으로써 얻어진 투과율의 변화에 대해 설명하기로 한다. 도 20은 세로축이 16 ㎛의 카이랄 피치를 갖는 액정 재료로부터 형성된 (3.8 ㎛ 두께의) 액정층을 포함하는 액정 디스플레이 장치의 백색 디스플레이 상태에서의 투과율을 나타내고, 가로축이 12시 방향에 대한 편광축의 각도를 나타내는 그래프이다. 이 때, 12시 방향에 대한 편광축의 각도가 0도일 때 얻어진 투과율은 100 %로 가정된다. 또한, 본 액정 디스플레이 장치에 포함된 액정층의 액정 분자는 배향 안정시 도 19b에 도시된 바와 같이 시계 방향 나선형 배향 상태이며, 12시 방향으로 위치된 액정 분자는 12시 방향에 대해 대략 13도만큼 반시계 방향으로 경사진다(즉, θ≒ 13°). 다음의 설명에 참조된 도면에서, 다르게 언급되지 않을 경우에는 본 액정 디스플레이 장치(즉, 배향 안정시 액정 분자가 시계 방향 나선형 배향 상태에 있고 12시 방향에 위치된 액정 분자가 12시 방향에 대해 대략 13도만큼 반시계 방향으로 경사진 액정 디스플레이 장치)가 도시된다.
도 20에 도시된 바와 같이, 투과율은 편광축이 12시 방향에 대해 반시계 방 향으로 경사짐에 따라 증가되며, 12시 방향에 대한 편광축의 각도가 대략 13도(즉, θ)일 때 최대가 된다. 편광축이 더욱 경사지면, 투과율은 낮아지며, 12시 방향에 대한 편광축의 각도가 대략 26도(즉, 2θ)일 때, 투과율은 각도가 0도일 때 얻어진 것과 동일하게 된다. 각도가 26도를 초과하면, 투과율은 각도가 0도일 때 얻어진 것보다 작아진다.
광 투과율이 상술한 바와 같이 변화하는 것은, 액정 도메인의 차광 영역의 면적이 12시 방향에 대한 편광축의 경사 각도에 따라 변화하기 때문이다. 차광 영역은 편광축에 수직하게 또는 평행하게 배향된 액정 분자에 의해 한정되는 영역에 대응하고, 차광 영역의 액정층은 입사광의 위상차를 최소 한도로 발생시킨다. 따라서, 차광 영역을 통과하는 입사광은 투과율에 거의 기여하지 않는다. 따라서, 액정 도메인이 나선형 배향 상태일 때 얻어진 투과율은 차광 영역의 면적에 의존한다. 투과율은 차광 영역의 면적이 커질수록 낮아지며, 차광 영역의 면적이 작을수록 높아진다.
이하에서는, 도 21a, 도 21b, 도 22a 및 도 22b를 참조해서 편광축의 경사 각도에 따른 차광 영역의 변화에 대해 설명하기로 한다. 도 21a 및 도 21b는 편광축이 12시 방향에 평행할 때 얻어진 액정 도메인의 차광 영역(SR)에 대한 개략도이며, 도 22a 및 도 22b는 편광판의 다른 배열에 대한 개략도이고, 도 22b는 편광축이 12시 방향에 대해 대략 13도 만큼 경사질 때 얻어진 차광 영역(SR)에 대한 개략도이다.
편광축이 도 21a에 도시된 바와 같이 12시 방향에 대해 평행할 때, 차광 영 역(SR)은 액정 도메인의 중심에 대해 각각 12시 방향, 3시 방향, 6시 방향 및 9시 방향으로부터 각각 시계 방향으로 이동된 방향에서 관찰된다. 반대로, 편광축이 도 22a에 도시된 바와 같이 12시 방향에 대해 대략 13도 정도로 경사질 때, 차광 영역(SR)은 액정 도메인의 중심에 대해 각각 12시 방향, 3시 방향, 6시 방향 및 9시 방향에서 관찰된다.
편광축이 도 21b에 도시된 바와 같이 12시 방향에 대해 평행할 때 얻어진 차광 영역(SR)의 면적을 S1으로 하고, 편광축이 도 22b에 도시된 바와 같이 12시 방향에 대해 대략 13도(즉, θ) 정도로 경사질 때 얻어진 차광 영역(SR)의 면적을 S2로 할 때, 면적 S1은 면적 S2보다 크다(S1 > S2). 그 이유는, 편광축이 12시 방향에 평행한 경우보다는 편광축이 12시 방향에 대해 대략 13도 정도만큼 경사질 경우에 편광축에 수직하거나 평행하게 배향된 액정 분자의 존재 확률이 낮기 때문이다.
이런 방식에서, 액정 도메인의 중심과 관련해서 12시 방향으로 위치된 액정 분자가 각도(θ)만큼 12시 방향으로부터 경사진다고 한다면, 편광판은 편광판들 중 하나의 편광판의 편광축이 액정 분자의 경사 방향과 동일한 방향으로 0도 보다는 크고 2θ보다는 작은 각도만큼 12시 방향으로부터 경사질 수 있도록 배치된다. 따라서, 편광축에 수직하거나 평행하게 배향된 액정 분자의 존재 확률은 편광축이 12시 방향에 평행한 경우보다 낮다. 따라서, 액정 도메인이 나선형 방사상 경사 배향 상태에 있을 때 얻어진 광 투과율은 상술한 방식으로서 편광판을 배치함으로써 개선될 수 있어서, 명료한 디스플레이를 얻게 된다.
또한, 도 22a에 도시된 바와 같이 편광판의 편광축이 각도(θ)와 대략 동일 한 각도로 경사질 수 있도록 편광판이 배치될 때, 차광 영역(SR)은 도 22b에 도시된 바와 같이 액정 도메인의 중심에 대해 12시 방향, 3시 방향, 6시 방향 및 9시 방향에 위치된다. 결국, 편광축에 수직하거나 평행하게 배향된 액정 분자의 존재 확률은 더욱 낮아질 수 있다. 따라서, 편광판이 이렇게 배치될 때, 광 투과율은 더욱 증가될 수 있어서, 더욱 명료한 디스플레이를 실현한다.
상술한 설명에서는, 투과율의 개선이라는 관점에서 편광판의 양호한 배열에 대해 설명했다. 또한, 편광판들 중 하나의 편광판의 편광축이 12시 방향에 대해 0도 보다는 크고 θ보다는 작은 각도만큼 상술한 액정 분자의 경사 방향과 동일한 방향으로 경사질 수 있도록 한 쌍의 편광판이 배열될 때, 명료한 디스플레이가 실현될 뿐만 아니라, 후술하는 백색 트레일링 현상(백색 트레일링 잔상이 관찰되는 현상)과 흑색 트레일링 현상(흑색 트레일링 잔상이 관찰되는 현상)의 발생이 억제될 수 있어서, 고품위의 디스플레이를 실현한다.
백색 트레일링 현상은, 예컨대 중간 회색 비율 배경에서 이동하는 흑색 박스의 화상이 액정 디스플레이 장치에 디스플레이 되는 경우 발생할 수 있다. 도 23은 백색 트레일링 현상에 대한 개략도이다. 흑색 박스가 도 23에 도시된 바와 같이 중간 회색 비율 배경에서 우측 방향으로 이동하는 화상이 디스플레이 될 때, 중간 회색 비율보다 높은 휘도를 갖는 영역이 백색 트레일링 잔상으로서 관찰될 수 있도록 흑색 박스의 좌측 상에 형성된다.
백색 트레일링 현상은, 예컨대 편광축이 12시 방향에 대해 평행할 때 비교적 용이하게 발생한다. 반대로, 예컨대, 투과율 변화가 도 20에 도시된 액정 디스플레이 장치에서, 편광축이 12시 방향에 대해 대략 13도 만큼 경사질 수 있도록 편광판이 배열될 때, 흑색 박스가 도 24에 도시된 바와 같이 중간 회색 비율 배경에서 우측 방향으로 이동하는 디스플레이 화상에서 백색 트레일링 현상이 발생되는 것이 방지될 수 있다.
이하에서는 그 이유에 대해 도 25a, 도 25b, 도 25c, 도 26a, 도 26b 및 도 26c를 참조해서 설명하기로 한다. 도 25a, 도 25b 및 도 25c는 편광판의 편광축이 12시 방향에 대해 평행할 때 얻어진 액정 도메인에서 차광 영역(SR)에 대한 개략도이다. 도 25a는 편광판의 편광축을 도시하고 있고, 도 25b는 액정층을 통해 전압을 인가한 직후에 얻어진 차광 영역(SR)을 도시하고 있고, 도 25c는 배향 안정시(정상 상태) 얻어진 차광 영역(SR)을 도시하고 있다. 도 26a, 도 26b 및 도 26c는 편광판의 편광축이 12시 방향에 대해 대략 13도만큼 경사질 때 액정 도메인에서 얻어진 차광 영역(SR)에 대한 개략도이다. 도 26a는 편광판의 편광축을 도시하고 있고, 도 26b는 액정층을 통해 전압을 인가한 직후에 얻어진 차광 영역(SR)을 도시하고 있고, 도 26c는 배향 안정시(정상 상태) 얻어진 차광 영역(SR)을 도시하고 있다.
우선, 한 쌍의 편광판 중 한 편광판의 편광축이 도 25a에 도시된 바와 같이 12시 방향에 평행한 경우에 대해 설명하기로 한다. 편광판이 이렇게 배열될 때, 차광 영역(SR)은 도 25b에 도시된 바와 같이 액정 도메인의 중심에 관련해서 12시 방향, 3시 방향, 6시 방향 및 9시 방향에서 관찰된다. 또한, 배향 안정시, 차광 영역(SR)은 도 25c에 도시된 바와 같이 액정 도메인의 중심에 관련해서 각각 12시 방향, 3시 방향, 6시 방향 및 9시 방향으로부터 시계 방향으로 이동된 방향에서 관찰된다.
도 25b에 도시된 전압 인가 직후에 얻어진 차광 영역(SR)의 면적을 S1'로 하고, 도 25c에 도시된 배향 안정시에 얻어진 차광 영역(SR)의 면적을 S1로 할 때, 면적 S1은 면적 S1'보다 크고, 투과율은 배향 안정시보다는 전압 인가 직후가 더 높다. 따라서, 흑색 박스가 중간 회색 비율 배경에서 우측 방향으로 이동하는 화상이 도 23에 도시된 바와 같이 디스플레이 될 때, 흑색 박스를 바로 통과한 화소 영역, 즉 흑색 디스플레이 상태에서 중간 회색 비율 상태로 변화되는 화소 영역에서, 투과율은 중간 회색 비율 상태에서 얻어진 것(배향 안정시에 얻어진 투과율)보다 일시적으로 높다. 결국, 이와 같은 일시적으로 높은 투과율이 백색 트레일링 잔상으로서 관찰된다.
반대로, 도 26a에 도시된 바와 같이, 하나의 편광판의 편광축이 12시 방향에 대해 대략 13도만큼 경사지도록 편광판이 배치될 때, 차광 영역(SR)은 전압을 인가한 직후에 얻어진 간단한 방사상 경사 배열 상태에서 도 26b에 도시된 바와 같이 액정 도메인의 중심에 관련해서 각각 12시 방향, 3시 방향, 6시 방향 및 9시 방향으로부터 반시계 방향으로 이동된 방향에서 관찰된다. 다르게는, 배향 안정시에, 차광 영역은 도 26c에 도시된 바와 같이 액정 도메인의 중심에 관련해서 12시 방향, 3시 방향, 6시 방향 및 9시 방향에서 관찰된다.
도 26b에 도시된 전압 인가 직후에 얻어진 차광 영역(SR)의 면적을 S2'로 하고, 도 26c에 도시된 배향 안정시에 얻어진 차광 영역(SR)의 면적을 S2로 할 때, 면적 S2는 면적 S2'보다 작고, 투과율은 전압 인가 직후보다는 배향 안정시가 더 높다. 또한, 편광판이 이렇게 배열될 때, 투과율은 배향 안정시에 가장 높다. 따라서, 흑색 박스가 중간 회색 비율 배경에서 우측 방향으로 이동하는 화상이 도 24에 도시된 바와 같이 디스플레이 될 때, 흑색 박스를 바로 통과한 화소 영역, 즉 흑색 디스플레이 상태에서 중간 회색 비율 상태로 변화되는 화소 영역에서, 투과율이 중간 회색 비율 상태에서 얻어진 것(배향 안정시에 얻어진 투과율)보다 일시적으로 높아지게 되는 일은 없다. 결국, 편광판이 이렇게 배열된 액정 디스플레이 장치에서는 백색 트레일링 현상의 발생이 확실하게 방지될 수 있다.
도27은 편광축이 12시 방향에 대해 평행할 때와 편광축이 12시 방향에 대해 대략 13도 만큼 경사질 때 흑색 디스플레이 상태로부터 중간 회색 비율 디스플레이 상태로 소정의 화소 영역을 변화시킴으로써 얻어진 투과율의 시간 변화를 보여주고 있다. 본 그래프에서, 중간 회색 비율 디스플레이 상태에서 얻어진 투과율은 1.00으로 가정되며 본 화소 영역을 통해 전압이 인가되는 시간은 0초로 가정된다.
편광축이 12시 방향에 평행한 경우, 투과율은 전압 인가 직후 1.00을 크게 초과해서, 도 27의 실선으로 도시된 바와 같이 그 후의 소정 투과율(중간 회색 비율 디스플레이 상태의 투과율)이 된다. 따라서, 편광판이 이렇게 배열될 때, 백색 트레일링 현상이 발생된다.
반대로, 편광축이 12시 방향에 대해 대략 13도 만큼 경사진 경우, 투과율은 도 27의 점선으로 도시된 바와 같이 전압 인가 직후 결코 1.00을 크게 초과하지 않는다. 따라서, 편광판이 이렇게 배열될 때 백색 트레일링 현상의 발생은 확실하게 방지될 수 있다.
상술한 설명에서, 편광축이 12시 방향에 대해 대략 13도(즉 각도(θ)) 만큼 경사진 경우가 백색 트레일링 현상의 발생을 억제하기 위한 편광판 배열의 예로서 설명된다. 편광판이 이렇게 배열될 때, 상술한 바와 같이 투과율은 배향 안정시 가장 높으며, 따라서 백색 트레일링 현상의 발생이 확실히 방지될 수 있다.
그러나, 백색 트레일링 현상의 발생을 방지하기 위한 편광판 배열은 배향 안정시 최고의 투과율을 얻는 상술한 배열에 제한되지는 않는다. 대안으로서, 백색 트레일링 현상의 발생은, 일시적 최고의 투과율과 배향 안정시 얻어진 투과율 사이의 차이가 편광축이 12시 방향에 평행한 경우보다 작을 수 있도록 편광판이 배열될 때, 억제될 수 있다.
예컨대, 편광축이 12시 방향에 대해 0도 보다는 크고 θ도 이하만큼 액정 분자의 경사 방향과 동일한 방향으로 경사질 때, 백색 트레일링 현상의 발생이 억제될 수 있어서, 고품위의 디스플레이를 실현한다. 또한, 편광축이 상술한 범위 내에서 경사질 때, 백색 트레일링 현상의 발생이 억제될 수 있을 뿐만 아니라, 배향 안정시에 얻어진 투과율은 증가될 수 있어서, 명료한 디스플레이를 실현한다. 상술한 범위 내에서, 편광축의 경사 각도가 크면 클수록, 백색 트레일링 현상의 발생은 더욱 억제될 수 있다. 편광축이 대략 θ/2와 동일한 각도만큼 경사질 때, 백색 트레일링 현상의 발생은 대략 방지될 수 있다.
백색 트레일링 현상의 발생을 억제하기 위한 배열은 상술한 배열에 제한되지 않으며, 편광판의 배열에 따라, 화소 영역을 흑색 디스플레이 상태로부터 중간 회색 비율 디스플레이 상태로 변화시킴으로써 발생된 투과율의 변화는 너무 느려서 흑색 트레일링 현상을 발생시키지 않는다.
흑색 트레일링 현상은 백색 트레일링 현상과 마찬가지로, 예컨대 흑색 박스가 액정 디스플레이 장치에서 중간 회색 비율 배경에서 이동하는 화상을 디스플레이할 때 발생한다. 도 28은 흑색 트레일링 현상에 대한 개략도이다. 도 28에 도시된 바와 같이, 흑색 박스가 중간 회색 비율 배경에서 우측으로 이동하는 화상이 디스플레이 될 때, 흑색 디스플레이 상태보다 더 높지만 중간 회색 비율 배경보다는 낮은 휘도를 갖는 영역이 흑색 트레일링 잔상으로서 관찰되도록 흑색 박스의 좌측 상에 형성된다.
흑색 트레일링 현상은 편광축이 12시 방향에 대해 θ보다 큰 각도로 경사질 때 비교적 용이하게 발생한다. 예컨대, 편광축이 12시 방향에 대해 대략 20도만큼 경사질 때, 흑색 디스플레이 상태로부터 중간 회색 비율 상태로의 투과율 변화는 도 27의 2점 쇄선에서 개략적으로 도시된 바와 같이 너무 느리다. 따라서, 흑색 박스가 상술한 바와 같이 이동하는 화상을 디스플레이할 때, 흑색 박스가 바로 지나간 화소 영역은 중간 회색 비율 디스플레이 상태를 빠르게 달성할 수 없으며, 이는 흑색 트레일링 현상을 발생시킬 수 있다.
예컨대, 편광축이 12시 방향에 대해 0도 보다는 크고 θ보다는 작은 각도만큼 액정 분자의 경사 방향과 동일한 방향으로 경사질 때, 흑색 트레일링 현상의 발생이 억제될 수 있어서, 고품위의 디스플레이를 실현한다. 또한, 편광축이 상술한 범위 내에서 경사질 때, 흑색 트레일링 현상의 발생이 억제될 수 있을 뿐만 아니라, 배향 안정시에 얻어진 투과율은 증가될 수 있어서, 명료한 디스플레이를 실현한다. 편광축의 경사 각도가 12시 방향에 대해 0도 보다는 크고 θ도 이하의 각도이고 액정 분자의 경사 방향과 동일한 방향일 때, 편광축의 경사 각도가 작을수록 흑색 트레일링 현상의 발생은 더욱 억제될 수 있다. 또한, 편광축이 대략 θ/2와 동일한 각도만큼 경사질 때, 흑색 트레일링 현상의 발생은 대략 방지될 수 있다.
백색 트레일링 현상과 흑색 트레일링 현상은 상술한 바와 같이 편광판의 배열을 최적화함으로써 억제될 수 있다. 투과율의 트레일링 현상의 발생을 억제한다는 관점에서, 한 쌍의 편광판은 양호하게는, 하나의 편광판의 편광축이 0도 보다는 크고 θ도 이하의 각도만큼 액정 분자의 경사 방향과 동일한 방향으로 경사질 수 있도록 배열된다. 편광판이 이렇게 배열될 때, 명료한 디스플레이가 실현될 수 있고, (백색 트레일링 현상과 흑색 트레일링 현상을 포함하는) 트레일링 현상이 억제될 수 있어서, 고품위의 디스플레이를 실현한다. 또한, 편광축이 대략 θ/2와 동일한 각도만큼 경사질 때, 백색 트레일링 현상과 흑색 트레일링 현상의 발생은 대략 방지될 수 있어서, 고품위의 디스플레이를 실현한다.
액정 도메인의 나선형 배향은 상술한 바와 같이 카이랄제를 포함한 액정 재료를 사용함으로써 얻어질 수 있다. 이 때, 액정 분자의 배향이 첨가될 카이랄제의 두께 방향을 따라 나선형으로 변화되는 경우와 이와 같은 나선형 배향이 최소로 발생되는 경우가 있다. 어느 경우에서도, 디스플레이 품위는 상술한 바와 같이 편광판의 배열을 최적화함으로써 개선될 수 있다.
(분지부의 폭 및 수)
상술한 바와 같이, 본 발명의 액정 디스플레이 장치(100, 200)의 화소 전극(14)은 복수개의 개구(14a)와 중실부(14b)를 포함한다. 개구(14a)에 의해 형성된 단위 격자 내에 배치된 단위 중실부(14b')는 통상적으로 인접한 단위 중실부(14b')에 전기 접속된다. 인접한 단위 중실부(14b')를 전기 접속하는 부분은, 예컨대 도 1에 도시된 바와 같이 원형부로부터 네 방향으로 연장된 분지부가 단위 중실부의 다른 부분과 동일한 준위를 자연스럽게 수용하며, 따라서 이들 분지부는 또한 경사 전계에 의해 얻어진 배향 규제 효과에 영향을 미친다.
도29에 도시된 바와 같이, 중실부(14b)는 통상적으로 복수개의 섬 형상부(14c)와, 섬 형상부(14c)의 인접한 쌍들을 전기 접속하기 위한 복수개의 분지부(14d)를 포함한다. 여기에서, 섬 형상부(14c)는 분지부(14d)를 제외한 단위 격자 내에 위치된 도전막의 부분에 대응한다.
섬 형상부(14c)에 위치된 액정층(30)의 영역의 액정 분자의 배햐은 섬 형상부(14c)와 개구 사이의 경계(즉, 개구(14a)의 모서리부) 상에서 생성된 경사 전계에 의해 제어된다. 안정적인 배향 상태와 양호한 응답 특성을 실현하기 위해, 액정 분자(30a)의 배향을 제어하는 경사 전계는 다수의 액정 분자(30a) 상에 작용하도록 되어야 하며, 이를 위해서, 양호하게는 섬 형상부(14c)와 개구(14a) 사이에 경계가 많이 형성되어야 한다.
분지부(14d)가 도 29에 도시된 바와 같이 섬 형상부(14c) 사이에 존재할 때, 섬 형상부(14c)와 개구(14a) 사이의 경계의 수는 분지부(14d)로 인해 저감되며, 따 라서 섬 형상부(14c) 상에 배치된 액정 분자(30a)의 배향을 제어하기 위한 경사 전계가 있는 모서리부의 수는 저감된다. 즉, 섬 형상부(14c) 사이에 존재하는 분지부(14d)는 경사 전계에 기인한 배향 규제 효과를 저하시킨다. 따라서, 분지부(14d)의 폭이 협소할수록 또는 분지부(14d)의 수가 작을수록, 배향 규제 효과의 저하는 더욱 억제될 수 있어서, 응답 특성을 개선한다.
또한, 경사 전계가 분지부(14d)와 개구(14a) 사이의 경계 상에서 생성되므로, 분지부(14d) 상에 위치된 액정 분자(30a)의 배향은 제어된다. 분지부(14d) 상에 위치된 액정 분자(30a)의 배향은 섬 형상부(14c) 상에 위치된 액정 분자(30a)의 배향 상태에도 영향을 줘서, 응답 특성에 영향을 준다. 이하에서는 이에 대해 보다 상세히 설명하기로 한다.
첫째로, 도 30 및 도 31을 참조해서, 섬 형상부(14c) 상에 위치된 액정층(30)의 영역의 배향 상태에 대해 설명하기로 한다. 도 30은 전압 인가시 액정 분자(30a)의 배향 상태에 대한 개략적 평면도이고, 도 31은 도 30의 선 31A-31A' 또는 선 31B-31B'를 따라 취한 단면도이다. 이들 도면에 도시된 액정 디스플레이 장치에서, 섬 형상부(14c)는 베럴 형상(원호형의 코너를 갖는 정방형)으로 형성되며, 카이랄제를 포함하는 액정 재료가 사용되며, 액정층(30)은 나선형 방사상 경사 배향 상태에 있다. 본 액정 디스플레이 장치에서도, 도 31에 도시된 바와 같이, 단위 중실부(14')의 중심 근처에 방사상 경사 배향의 중심을 고정하고 배향 안정성을 개선하기 위해 사발 형상의 돌기(하나의 구면을 갖는 돌기)(24)가 대향 기판(100b) 상에 설치된 대향 전극(22) 상에 형성되지만, 이와 같은 돌기(24)가 설치 되지 않을 때에도 이하의 설명은 달라지지 않는다.
도 30에 도시된 바와 같이, 액정층(30)을 통해서 전압이 인가될 때, 액정 분자(30a)의 배향 방향은 섬 형상부(14c)와 개구(14a) 사이의 경계(개구(14a)의 모서리부) 상에서 각각 생성된 경사 전계에 의해 규제되어서, 각각의 섬 형상부(14c) 상에 위치된 액정층(30)의 영역은 나선형 방사상 경사 배향 상태로 위치된다.
도30의 선 31A-31A' 또는 선 31B-31B'를 따라 취한 단면에서와 같이 분지부(14d)가 존재하지 않는 방향을 따라 취한 단면에서, 모든 액정 분자(30a)를 개구(14a)의 모서리부로부터 섬 형상부(14c)의 중심쪽으로 경사지게 하는 배향 규제력은 도 31에 도시된 바와 같이 작용한다. 섬 형상부(14c)가 원형으로 형성되는 경우, 배향 규제력의 강도는 분지부(14d)가 존재하지 않는 방향을 따라 취한 임의의 단면에서 동일하다. 그러나, 섬 형상부(14c)가 도 30에 도시된 바와 같이 베럴 형상인 경우, 배향 규제력의 강도는 섬 형상부(14c)의 중심과 모서리부 사이의 거리에 의존한다.
이런 방식에서, 섬 형상부(14c) 상에 위치된 액정층(30)의 영역은 전압 인가시 섬 형상부(14c)의 중심 근처에 그 배향 중심을 갖는 나선형 방사상 경사 배향 상태에서 안정적으로 위치된다. 이하의 설명을 간단하게 하기 위해 이런 상태를 제1 안정 상태로 지칭하기로 한다.
다음으로, 도 32 및 도 33을 참조해서, 개구(14a) 상에 위치된 액정층(30)의 영역의 배향 상태에 대해 설명하기로 한다. 도 32는 전압 인가시 액정 분자(30a)의 배향 상태에 대한 개략적 평면도이고, 도 33은 도 32의 선 33A-33A' 또는 선 33B-33B'를 따라 취한 단면도이다.
도32의 선 33A-33A' 또는 선 33B-33B'를 따라 취한 단면에서와 같이 분지부(14d)가 존재하지 않는 방향을 따라 취한 단면에서, 모든 액정 분자(30a)를 개구(14a)의 모서리부로부터 개구(14a)의 중심쪽으로 경사지게 하는 배향 규제력은 도 33에 도시된 바와 같이 작용한다. 그러나, 개구(14a) 상에 위치된 액정층(30)의 영역의 액정 분자(30a)는 전극에 의해 생성된 전계에 의해 직접 영향을 받지 않으며, 따라서 이것들은 섬 형상부(14c) 상에 위치된 액정 분자(30a)의 경사 각도보다 작은 각도로 경사진다.
이런 방식에서, 개구(14a) 상에 위치된 액정층(30)의 영역은 전압 인가시 개구(14a)의 근처에 그 배향 중심을 갖는 방사상 경사 배향 상태로 안정적으로 위치된다.
다음으로, 도 34, 도 35a 및 35b를 참조해서, 분지부(14d) 상에 위치된 액정층(30)의 영역의 배향 상태에 대해 설명하기로 한다. 도 34는 전압 인가시 액정 분자(30)의 배향 상태에 대한 개략적 평면도이다. 도 35a는 도 34의 선 35A-35A'를 따라 취한 단면도이고 도 35b는 도 34의 선 35B-35B'를 따라 취한 단면도이다
도34의 선 35B-35B'를 따라 취한 단면에서와 같이, 분지부(14d)와 개구(14a) 사이의 경계를 교차하는 방향을 따라 취한 단면도에서, 액정 분자(30a)의 배향 방향은 도 35a에 도시된 바와 같이 분지부(14d)와 개구(14a) 사이의 경계 상에서 생성된 경사 전계에 의해 규제된다. 한편, 도 34의 선 35B-35B'를 따라 취한 단면에서와 같이, 분지부(14d)와 섬 형상부(14c) 사이의 경계를 교차하는 방향을 따라 취 한 단면에서, 액정 분자(30a)는 도 35b에 도시된 바와 같이 인접한 섬 형상부(14c) 상에 위치된 액정층(30)의 영역의 배향 상태와 정합하도록 경사진다.
따라서, 분지부(14d) 상에 위치된 액정층(30)의 영역의 액정 분자(30a)는 도 36에 도시된 바와 같이, 인접한 섬 형상부(14c) 상에 위치된 액정층(30)의 영역의 배향과 개구(14a) 상에 위치된 액정 분자(30a)의 배향과 정합하도록 배향(상술한 제1 안정 상태에 대응)된다. 도 36에서, 디스플레이 표면 상에서 수직 방향(12시 방향 및 6시 방향) 그리고 디스플레이 표면 상에서 수평 방향(3시 방향 및 9시 방향)을 따라 배향축을 갖는 액정 분자(30a)가 도시되어 있다.
선 35B-35B'을 따라 취한 단면에서 얻어진 배향 규제력(즉, 액정 분자를 둘러싸는 배향의 연속성을 유지하기 위해 작용하는 아주 약한 배향 규제력)은 개구(14a)의 모서리부에서 생성된 경사 전계의 배향 규제력보다 훨씬 약하다. 또한, 상술한 배향 규제력에 의해 얻어진 액정 분자(30a)의 경사 방향은 분지부(14d)와 개구(14a) 사이의 경계 상에서 생성된 경사 전계에 의해 얻어진 액정 분자(30a)의 경사 방향(즉, 액정 분자(30a)는 상향(기판(100b)쪽) 개방된 원뿔 형상으로 배향된다)을 반전시킨다(즉, 액정 분자(30a)는 하향(기판(100a)쪽) 개방된 원뿔 형상으로 배향된다). 따라서, 분지부(14d) 상에 위치된 액정 분자(30a) 상에서 작용하는 배향 규제력의 균형은 손쉽게 손실될 수 있다.
따라서, 분지부(14d)와 개구(14a) 사이의 경계를 가로지르는 방향을 따르는 단면(즉, 도 34의 선 35B-35B'를 따라 취한 단면에 대응)에서 수직 배향된 액정 분자(30a)(즉, 배향 중심에 위치된 액정 분자(30a))는 도 37a 및 도 37b에서 도시된 바와 같이 분지부(14d)와 개구(14a) 사이의 경계쪽으로 이동하게 된다.
분지부(14d) 상에 위치된 액정 분자(30a)의 배향의 이와 같은 이동(즉, 수직 배향된 액정 분자(30a)의 위치 이동)의 영향으로 인해, 섬 형상부(14c) 상에 위치된 액정층(30)의 영역의 나선형 배향은 도 36에 도시된 제1 안정 상태로부터 도 38에 도시된 제2 안정 상태로 변화된다. 이것은 액정 디스플레이 장치의 응답 특성에 영향을 줌으로써, 정상 상태를 달성하도록 배향을 안정화시키는 데 비교적 긴 시간이 걸릴 수 있다.
상술한 바와 같이 응답 특성에 영향을 주는 분지부(14d) 상에 위치된 액정 분자(30a)의 배향 상태는 분지부(14d)의 존재(수)와 폭에 크게 의존한다. 각각의 분지부(14d)가 도 39b에 도시된 바와 같이 비교적 넓은 폭을 가질 때, 분지부(14d) 상에 위치된 액정 분자 상에 작용하는 배향 규제력의 균형은 손쉽게 손실될 수 있어서, 섬 형상부(14c) 상에 위치된 액정 분자(30a)의 배향 안정 상태에 크게 영향을 미친다. 반대로, 각각의 분지부(14d)가 도 39a에 도시된 바와 같이 비교적 좁은 폭을 가질 때, 배향 규제력은 분지부(14c) 상에 위치된 액정 분자(30a) 상에서 균형을 이룸으로써, 섬 형상부(14c) 상에 위치된 액정 분자(30a)의 배향 상태는 비교적 용이하게 안정화될 수 있어서, 액정 디스플레이 장치의 응답 특성을 개선한다.
이하에서는 도 40을 참조해서 응답 특성에 대한 분지부(14d)의 폭의 영향에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다. 도 40은 분지부(14d)가 비교적 좁은 폭(예컨대, 5.5 ㎛)을 가질 때와 분지부가 비교적 넓은 폭(예컨대, 7.5 ㎛)을 가질 때 액정층(30)을 통해 전압을 인가할 때 얻어진 투과율의 시간 변화를 개략적으로 도시한 그래프이다. 이 경우, 한 쌍의 편광판은 그 편광축들이 12시 방향과 3시 방향에 평행하도록 설치된다.
도 27을 참조해서 설명된 바와 같이, 편광판의 편광축이 12시 방향에 평행한 경우, 투과율은 일단 전압 인가 직후 최대(도40의 최대 투과율(Ip))가 되고 그 후 대략 일정하게 된다. 액정층(30)은 일단 전압 인가 직후의 단순한 방사상 경사 배향 상태에 위치되어 나선형 방사상 배향 상태로 변화되며, 이 때, 배향은 도 36에 도시된 제1 안정 상태를 통해 도 38에 도시된 제2 안정 상태를 달성할 수 있다.
도 40에 도시된 바와 같이, 분지부(14d)가 비교적 좁은 폭을 가질 때 제2 안정 상태를 얻는 데 필요한 시간(Ta)은 분지부(14d)가 비교적 넓은 폭을 가질 때 제2 안정 상태를 얻는 데 필요한 시간(Tb)보다 짧다(Ta < Tb). 따라서, 분지부(14d)가 좁은 폭을 갖게 되면, 보다 나은 응답 특성이 달성될 수 있다(응답 속도는 더 빠르다).
또한, 분지부(14d)가 비교적 좁은 폭을 가질 때 제2 안정 상태에서 얻어진 투과율(Ia)은 분지부(14d)가 비교적 넓은 폭을 가질 때 제2 안정 상태에서 얻어진 투과율(Ib)보다 높다(Ia > Ib).
이하에서는 도 41a 및 도 41b를 참조해서 그 이유에 대해 설명하기로 한다. 도 41a 및 도 41b는 제2의 안정 상태에서 편광축에 평행한 방향으로 배향된 액정 분자(30a)에 대한 개략적 평면도로서, 특히, 도 41a는 분지부(41d)가 비교적 좁은 폭을 가질 때 얻어진 배향을 도시하고 도 41b는 분지부(41d)가 비교적 넓은 폭을 가질 때 얻어진 배향을 도시한다. 도 41a 및 도 41b에서, 화살표는 한 쌍의 편광판의 편광축의 방향을 도시하며, 이 경우, 편광판의 편광축은 각각 12시 방향과 3시 방향에 평행하다.
편광판이 이렇게 배열된 경우, 편광판의 편광축에 평행한 방향으로 배향된 액정 분자(30a)가 존재하는 영역은 대략 광을 투과하지 않는 차광 영역에 대응한다.
분지부(41d)가 비교적 좁은 폭을 갖는 경우, 편광축에 평행한 방향으로 배향된 액정 분자(30a)는 도 41a에 도시된 바와 같이 대략 12시 방향, 3시 방향, 6시 방향 및 9시 방향을 따라 존재한다. 따라서, 차광 영역은 대략 편광축을 따라 관찰된다. 반대로, 분지부(41d)가 비교적 넓은 폭을 갖는 경우, 편광축에 평행한 방향으로 배향된 액정 분자(30a)는 도 41b에 도시된 바와 같이 대략 12시 방향, 3시 방향, 6시 방향 및 9시 방향으로부터 이동된 위치에서도 존재한다. 따라서, 차광 영역이 관찰되는 위치는 도 41a에 도시된 곳과는 다른 위치이다.
차광 영역의 면적은 이것들이 편광축을 따라 관찰될 때 최소이다. 따라서, 차광 영역의 면적은, 분지부(14d)가 도 41b에 도시된 바와 같이 비교적 넓은 폭을 갖는 경우보다 분지부(14d)가 도 41a에 도시된 바와 같이 비교적 좁은 폭을 갖는 경우에 더 좁다. 따라서, 제2 안정 상태에서 얻어진 투과율은 분지부(14d)가 비교적 좁은 폭을 갖는 경우에 더 높다.
상술한 바와 같이, 분지부(14d)가 비교적 좁은 폭을 가질 때 제2 안정 상태에서 얻어진 투과율(Ia)은 분지부(14d)가 비교적 넓은 폭을 가질 때 제2 안정 상태에서 얻어진 투과율(Ib)보다 높다(Ia > Ib). 따라서, 전압 인가 직후와 분지부(14d)가 비교적 좁은 폭을 가질 때 얻어진 제2 안정 상태 사이의 투과율 변화(
Figure 112002006026493-pat00101
)는 전압 인가 직후와 분지부(14d)가 비교적 넓은 폭을 가질 때 얻어진 제2 안정 상태 사이의 투과율 변화(
Figure 112002006026493-pat00102
)보다 작다
Figure 112002006026493-pat00103
. 따라서, 도 23에 도시된 바와 같은 백색 트레일링 현상은 분지부(14d)가 비교적 넓은 폭을 가질 때보다는 분지부(14d)가 비교적 좁은 폭을 가질 때 덜 관찰되며, 따라서, 양호한 응답 특성이 얻어질 수 있다.
상술한 바와 같이, 각각의 분지부(14d)가 좁은 폭을 가질 때, 응답 특성은 더욱 개선된다. 또한 분지부(14d)의 수를 크게 줄임으로써, 응답 특성은 개선될 수 있다.
본 발명의 액정 디스플레이 장치의 화소 전극(14)에서, 섬 형상부(14c)의 모든 인접한 쌍들은 도 42에 도시된 바와 같이 분지부(14d)에 의해 상호 접속될 수 있다. 그러나, 응답 특성은 분지부(14d)를 적절하게 생략함으로서 개선될 수 있다. 화소 전극(14)은, 예컨대 도 42의 차광 영역(18)에 형성된 접촉 구멍(19)을 통해 절환 소자에 연결되며, 각각의 섬 형상부(14c)는 대략 하나의 도전막으로서 기능하도록 분지부(14d)를 통해 상호 전기 접속된다. 차광 영역(18)은 예컨대, TFT 기판 상의 저장 용량 라인 상의 영역에 대응하며, 배경으로부터의 광이 통과하지 않고 디스플레이에 어떤 기여도 하지 않는 영역이다.
특히, 각각의 섬 형상부(14c)에 설치된 분지부(14d)의 수가, 예컨대 도 43 및 도 44에 도시된 바와 같이 둘 이하일 때, 양호한 응답 특성이 얻어질 수 있다.
차광 영역(18)과 같이 디스플레이에 아무런 기여도 하지 않는 영역에 위치된 분지부(14d)는 응답 특성에 최소로 영향을 미친다. 따라서, 도 45에 도시된 바와 같이, 디스플레이에 기여하는 영역에서 각각의 섬 형상부(14c)에 설치된 분지부(14d)의 수는 둘 이하일 수 있다.
물론, 중실부(14b)의 구조는 상술한 설명에 제한되지 않는다. 분지부(14d)가 도 42의 구조와 비교해서 부분적으로 생략되고 섬 형상부(14c)가 도 46에 도시된 바와 같은 과잉성을 가질 때, 양품율이 높고 양호한 응답 특성을 갖는 액정 디스플레이 장치가 얻어질 수 있다.
도 42에 도시된 바와 같이 섬 형상부(14c)의 모든 인접한 쌍들이 분지부(14d)를 통해 연결된 경우와 비교해서 분지부(14d)의 수가 저감될 때, 응답 특성은 개선될 수 있다. 분지부(14d)의 수, 즉 얼마나 많은 분지부(14d)가 생략되었는지는 원하는 응답 특성에 따라 결정될 수 있다.
예컨대, 복수개의 섬 형상부(14c)가 m×n 매트릭스의 형상으로 배열된 경우(m과 n은 2 이상의 자연수), 모든 인접한 섬 형상부(14c)가 분지부(14d)를 통해 연결되면, 분지부(14d)의 수는 (2mn - m - n)이다. 따라서, 섬 형상부(14c)가 m×n 매트릭스의 형상으로 배열된 경우, 응답 특성은 분지부(14d)의 수가 (2mn - m - n)보다 작을 때 개선될 수 있다.
분지부(14d)의 수가 상술한 바와 같이 최적화될 때, 양호한 응답 특성이 얻어질 수 있다.
본 발명의 적용은 예시된 액정 디스플레이 장치에 제한되지 않는다. 화소 영역에서 액정층을 통해 전압을 인가하기 위한 한 쌍의 전극중 하나가 적어도 화소 영역 및 중실부의 코너에 배치된 복수개의 개구를 갖도록 형성될 때, 넓은 시야각 특성을 갖는 액정 디스플레이 특성이 실현될 수 있다. 전극이 상술한 방식으로 형성될 때, 전압 인가시 전극의 개구의 모서리부에는 경사 전계가 생성된다. 따라서, 적어도 코너에 배치된 복수개의 개구의 모서리부에 생서된 경사 전계로 인해, 방사상 경사 배향 상태에 있는 액정 도메인이 전압 인가시 액정층에 형성되어서, 넓은 시야각 특성을 달성한다.
소정의 화소 영역에 존재하는 단위 중실부(사실상 개구로 둘러싸인 중실부의 영역)는 코너에 배치된 개구로 둘러싸인 복수개의 또는 단일한 단위 중실부일 수 있다. 소정의 화소 영역에 존재하는 단위 중실부가 단일한 것인 경우, 단위 중실부를 둘러싸는 개구는 코너의 배치된 복수개이거나 코너에 배치된 복수개의 개구로부터 연속으로 형성된 대략 단일한 개구일 수 있다.
사실상 개구로 둘러싸인 중실부의 영역(단위 중실부)이 회전 대칭성을 가질 때, 중실부에 형성된 액정 도메인의 방사상 경사 배향의 안정성은 개선될 수 있다. 예컨대, 단위 중실부는 대략 원형, 대략 정방형 또는 대략 직사각형의 형상을 가질 수 있다.
단위 중실부가 대략 원형일 때, 전극의 중실부에 형성된 액정 도메인의 방사상 경사 배향은 안정화될 수 있다. 연속 도전막으로 제조된 중실부에 형성된 액정 도메인은 단위 중실부에 대응해서 형성되기 때문에, 개구의 형상과 배열은 단위 중 실부가 대략 원형일 수 있도록 결정된다. 또한, 단위 중실부가 대략 원호형의 코너를 갖는 대략 직사각 형상을 가질 때, 배향 안정성과 투과율(유효 개구비)은 상당히 개선될 수 있다.
본 발명에 따르면, 화소 전극에 형성된 개구에 대응하여 형성된 방사상 경사 배향을 갖는 액정 도메인은 디스플레이에 기여할 수도 있으며, 따라서, 넓은 시야각 특성을 갖는 종래의 액정 디스플레이 장치의 디스플레이 품위는 더욱 개선될 수 있다.
또한, 돌기가 화소 전극의 개구 내에 형성되면, 방사상 경사 배향의 안정성은 개선된다. 따라서, 방사상 경사 배향이 외력에 의해 붕괴되더라도, 방사상 경사 배향이 용이하게 복구될 수 있는 신뢰성이 높은 액정 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.

Claims (22)

  1. 액정 디스플레이 장치에 있어서,
    제1 기판과,
    제2 기판과,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 액정층과,
    상기 액정층과 대면하는 상기 제1 기판의 표면 상에 제공된 제1 전극과, 상기 제2 기판 상에 제공되어 상기 제1 전극에 상기 액정층을 통해 대향하는 제2 전극에 의해 각각 한정되는 복수개의 화소 영역
    을 포함하며,
    상기 제1 전극은 상기 복수개의 화소 영역의 각각에 복수개의 개구 및 중실부를 포함하며 - 상기 복수개의 화소 영역의 각각에서, 상기 제1 전극의 상기 복수개의 개구의 전체 면적은 상기 제1 전극의 상기 중실부의 면적보다 작음 -,
    상기 액정층은, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 전압이 인가되지 않을 때, 상기 복수개의 화소 영역 각각에서 수직 배향 상태에 있게 되고, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 전압이 인가될 때, 상기 제1 전극의 상기 복수개의 개구의 각각의 모서리부에 생성된 경사 전계에 의해 상기 복수개의 개구 및 중실부에 각각 방사상 경사 배향 상태에 있는 복수개의 액정 도메인이 형성되고, 상기 복수개의 개구에 형성되는 액정 도메인의 배향과 상기 중실부에 형성되는 액정 도메인의 배향은 서로 연속하며, 상기 인가된 전압에 따라 상기 복수개의 액정 도메인의 배향 상태를 변화시킴으로써 디스플레이를 행하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 개구들 중 적어도 일부는 거의 동일한 형상 및 크기를 가지며, 회전 대칭성을 갖도록 배열된 적어도 하나의 단위 격자를 형성하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 복수개의 개구들 중 적어도 일부의 각각의 형상은 회전 대칭성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 복수개의 개구들 중 적어도 일부의 각각의 형상은 거의 원형인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  5. 제2항에 있어서, 상기 복수개의 개구들 중 적어도 일부에 의해 둘러싸인 중실부의 각각의 영역은 거의 원형인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 복수개의 개구들 중 적어도 일부에 의해 둘러싸인 중실부의 각각의 영역은 거의 원호 형상의 코너를 갖는 거의 직사각 형상인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수개의 개구의 각각의 내측에 있는 돌기를 더 포함하며,
    상기 기판의 평면 방향을 따라 취한 상기 돌기의 단면 형상은 대응하는 개구의 형상과 동일하고, 상기 돌기의 측면은 경사 전계에 의해 얻어진 배향 규제 방향과 동일한 방향으로 상기 액정층의 액정 분자를 배향하기 위한 배향 규제력을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서, 상기 복수개의 액정 도메인은 나선형 방사상 경사 배향 상태에 있는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 기판 및 제2 기판의 외측에 각각 제공되고 그 편광축이 서로에 대해 거의 직교하도록 배치된 한 쌍의 편광판을 더 포함하며,
    상기 복수개의 액정 도메인 각각에서, 상기 액정층에 포함되고 상기 복수개의 액정 도메인의 각각의 중심에 대해 디스플레이 표면 상의 12시 방향으로 위치된 액정 분자가 디스플레이 표면 상의 12시 방향에 대해 각도 θ만큼 경사질 때, 상기 한 쌍의 편광판들 중 한 편광판의 편광축은 상기 디스플레이 표면 상의 12시 방향으로 위치된 상기 액정 분자의 경사 방향과 동일한 방향으로 상기 디스플레이 표면 상의 12시 방향에 대해 0도 보다는 크고 2θ보다 작은 각도만큼 경사지는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 한 쌍의 편광판들 중 한 편광판의 편광축은 0도 보다는 크고 θ이하의 각도만큼 경사지는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  12. 제10항에 있어서, 상기 한 쌍의 편광판들 중 한 편광판의 편광축은 θ/2와 거의 동일한 각도만큼 경사지는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  13. 제10항에 있어서, 상기 한 쌍의 편광판들 중 한 편광판의 편광축은 θ와 거의 동일한 각도만큼 경사지는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 중실부는 m×n 매트릭스 형상으로 배열된 복수개의 섬 형상부와, 상기 복수개의 섬 형상부의 인접한 쌍들을 전기 접속하는 복수개의 분지부(branch portion)를 포함하며,
    상기 복수개의 분지부의 수는 (2mn - m - n)보다 작은 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 제1 기판은 상기 복수개의 화소 영역의 각각에 대응하여 제공된 액티브 소자를 더 포함하며,
    상기 제1 전극은 상기 액티브 소자에 의해 절환되도록 상기 복수개의 화소 영역의 각각에 설치된 화소 전극에 대응하고, 상기 제2 전극은 상기 복수개의 화소 전극에 대향하는 적어도 하나의 대향 전극에 대응하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 삭제
  19. 삭제
  20. 삭제
  21. 제1항에 있어서,
    상기 액정층은 부의 유전 이방성을 갖는 액정 재료를 포함하는 액정 디스플레이 장치.
  22. 삭제
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