KR101879718B1

KR101879718B1 - 액정 표시 소자

Info

Publication number: KR101879718B1
Application number: KR1020160078786A
Authority: KR
Inventors: 마사토시 토키타; 오사무 사토; 조지 카와무라
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사; 국립대학법인 동경공업대학
Priority date: 2015-06-23
Filing date: 2016-06-23
Publication date: 2018-07-18
Also published as: KR20170000332A; JP6925787B2; KR20170000364A; JP2017010030A; KR101957668B1

Abstract

본 발명은 저전압으로 액정 분자를 구동하면서 보다 투과율이 높은 표시를 수행한다.
빛을 발생하는 백라이트 유닛(12), 약앵커링 배향막(17)이 형성된 기판(13A), 강앵커링 배향막(16)이 형성된 기판(13B), 약앵커링 배향막(17)과 강앵커링 배향막(16) 사이에 배치되고, 액정 분자(L)가 구동됨으로써 빛을 투과 또는 차단하는 액정층(18), 기판(13A) 및 기판(13B) 중 어느 일방에 설치되고, 액정 분자(L)에 전기장(E)을 인가하는 구동 전극층(15)을 구비하고, 약앵커링 배향막(17)은 전기장(E)을 인가했을 때 액정 분자(L)의 배향 방향을 구속하는 구속력이 강앵커링 배향막(16)보다 작고, 액정 분자(L)를 전기장(E) 비인가 상태에 있어서의 초기 배향 상태로 복원시키는 키랄제가 액정층(18)에 첨가되어 있는 액정 표시 소자를 제공한다.

Description

액정 표시 소자{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정 표시 소자에 관한 것이다.

액정 표시 소자의 구동 방식으로서 TN(Twisted Nematic), IPS(In-Plane Switching), FLC(Ferroelectric Liquid Crystal) 등이 있다.

이 중에서 IPS 방식은 2장의 기판 사이에 충전된 액정 분자에 대하여, 기판 표면에 평행한 방향(횡방향)의 전기장을 인가함으로써 액정 분자의 배향 방향을 변화시키고 표시를 수행한다. 이와 같은 IPS 방식의 액정 표시 소자는 시각 특성이 뛰어나서 휴대 전화, 텔레비전 등을 비롯한 폭넓은 기기에 적용되고 있다.

기존의 액정 표시 소자에서 액정 분자는 전기장을 인가하지 않는 상태에서 소정 방향을 따라 배열되도록 액정 분자의 배향 방향이 규제되고 있다.

액정 분자의 배향 방향을 규제하는 방법으로서, 기판 상에 폴리이미드 등으로 이루어지는 배향막을 형성하고 레이온이나 면 등의 천에 의해 배향막 표면을 소정의 방향으로 문지르는 방법(러빙법)이나, 편광 자외선을 조사하여 폴리이미드 막 표면에 이방성을 발생시키는 수법(광 배향법) 등이 채용되고 있다. 이들 처리에 의해 액정 분자는 기판 표면에 강하게 속박되고 일정 방향으로 배향된다.

한편 외부장(전기장, 자기장 등)에 의해 액정 분자의 배향 방향을 임의의 방향으로 향하게 하고, 그 상태를 유지(메모리)하는 방법도 제안되고 있다. 이와 같은 동작을 실현하기 위해서는, 기판 표면의 배향 규제력(앵커링)을 없앨 필요가 있다. 이와 같이 앵커링을 약하게 하는 구성의 관련 기술로서 특허문헌 1(일본특허공개 2014-215421호 공보)이 제안되고 있다. 특허문헌 1에 개시된 구성은, 평탄화 처리를 실시한 기판에 폴리머 브러시를 형성하고 그 기판 사이에 액정을 협지한 액정 셀에서, 폴리머 브러시와 액정의 공존부의 Tg(유리전이온도)보다 높고, 또한 공존부의 형상을 자유롭게 변동시킬 수 있는 온도로 가열함으로써, 제로면 앵커링 상태를 실현한다는 것이다.

기존의 액정 표시 소자에서, 액정층의 액정 분자는 전기장 부여를 정지시키면 전기장에 의해 변위된 액정 분자 배향이 원래 배향 상태, 즉 전압 비인가 시의 배향 상태로 회복된다.

이 때, 러빙법이나 광 배향법에 의해 형성된 배향막으로 액정 분자에 강한 구속력을 부여함으로써 액정 분자를 일정 방향으로 배향한 구성에서는, 전기장 부여를 정지시키면 액정 분자는 배향막의 강한 구속력에 의해 변위된 액정 분자의 배향이 신속히 원래 배향 상태로 돌아간다.

이에 비하여 특허문헌 1에 기재된 구성에서는, 배향막에 의한 구속력이 약하기 때문에 액정 분자 배향이 원래 배향 상태로 회복되는데 시간이 걸린다. 이와 같은 배경에서 높은 표시 응답성이 요구되고 있다.

본 발명은 빛을 발생하는 광원과, 제 1 배향막이 형성된 제 1 기판과, 상기 제 1 배향막과의 사이에 간격을 두고 대향 배치되는 제 2 배향막이 형성된 제 2 기판과, 상기 제 1 배향막과 상기 제 2 배향막 사이에 배치되고 액정 분자가 구동됨으로써 상기 빛을 투과 또는 차단하는 액정층과, 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 중 어느 일방에 설치되고 상기 액정 분자에 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판을 따르는 방향의 전기장을 인가하는 구동 전극층을 구비하고, 상기 액정층은 상기 전기장을 인가한 상태에서 상기 제 2 배향막 측에서는 상기 액정 분자가 미리 설정된 초기 배향 방향으로 배향된 상태를 유지하며, 상기 제 1 배향막 측에서는 상기 액정 분자의 배향 방향이 상기 제 2 기판 표면에 평행한 면 내에서 초기 배향 방향으로부터 상기 전기장을 따르는 방향으로 변화되는 한편 상기 액정 분자를 상기 전기장이 비인가된 상태의 초기 배향 방향으로 복원시키는 키랄제가 상기 액정층에 첨가되어 있는 액정 표시 소자를 제공한다.

상기 액정층은, 상기 전기장 비인가 상태에서, 상기 제 2 배향막 측으로부터 상기 제 1 배향막 측을 향하여 상기 액정 분자가 나선상으로 배열되어 있도록 해도 된다.

상기 키랄제는, 상기 전기장 비인가 상태에서, 상기 제 2 배향막 측에서의 상기 액정 분자의 초기 배향 방향에 대하여, 상기 제 1 배향막 측에서의 상기 액정 분자의 초기 배향 방향이 90° 뒤틀리도록 첨가되어 있도록 해도 된다.

상기 제 1 배향막에서 상기 액정 분자의 배향 방향을 상기 초기 배향 방향으로 구속하기 위한 배향 처리 방향과, 상기 제 2 배향막에서 상기 액정 분자의 배향 방향을 구속하기 위한 배향 처리 방향이 서로 직교하고 있도록 해도 된다.

상기 제 1 배향막은, 상기 전기장을 인가했을 때의 상기 액정 분자의 배향 방향을 상기 초기 배향 방향으로 구속하는 구속력이, 상기 제 2 배향막보다 작도록 해도 된다.

전기장 비인가 상태에서의 상기 제 1 배향막 근방의 상기 액정 분자의 배향 방향이, 상기 키랄제의 뒤틀림력에 의해 결정되도록 해도 된다.

상기 제 1 기판 측에 설치된 제 1 편광판과, 상기 제 2 기판 측에 설치된 제 2 편광판을 더욱 구비하고, 상기 제 1 편광판의 투과축 방향과 상기 제 2 편광판의 투과축 방향이 서로 평행하며, 상기 제 1 편광판의 투과축 방향이 상기 제 2 배향막에 있어서의 상기 초기 배향 방향과 평행 또는 직교하고 있도록 해도 된다.

상기 제 1 기판 측에 설치된 제 1 편광판과, 상기 제 2 기판 측에 설치된 제 2 편광판을 더욱 구비하고, 상기 제 1 편광판의 투과축 방향과 상기 제 2 편광판의 투과축 방향이 서로 직교하며, 상기 제 1 편광판의 투과축 방향이 상기 제 2 배향막에 있어서의 상기 초기 배향 방향과 평행 또는 직교하고 있도록 해도 된다.

상기 전기장을 인가한 상태에서, 상기 제 2 배향막 측으로부터 상기 제 1 배향막 측을 향하여, 상기 액정층의 상기 초기 배향 방향으로 배향된 상태에 대한 상기 액정 분자의 배향 방향의 변위 각도가 점차 커지도록 해도 된다.

상기 제 1 배향막 측에 위치하는 상기 액정 분자와, 상기 제 2 배향막 측에 위치하는 상기 액정 분자에서, 소정 전압을 인가함으로써 생성되는 상기 전기장에 의한 상기 액정 분자의 상기 초기 배향 방향으로 배향된 상태에 대한 배향 방향의 변위 각도 차가 0° 이상 90° 이하이도록 해도 된다.

상기 제 1 배향막으로서, 상기 제 1 기판에 폴리머 브러시가 형성되어 있도록 해도 된다.

상기 구동 전극층이 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판 면에 배치된 복수의 전극선으로 이루어지고, 상기 전기장 비인가 시에, 상기 제 2 기판 측에 있어서의 상기 액정 분자의 배향 방향이 상기 전극선이 연속되는 방향에 평행 또는 직교하고 있도록 해도 된다.

상기 구동 전극층이 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판 면에 배치된 복수의 전극선으로 이루어지고, 상기 전기장 비인가 시에, 상기 제 2 기판 측에 있어서의 상기 액정 분자의 배향 방향이 상기 전극선이 연속되는 방향에 대하여 경사져 있도록 해도 된다.

상기 액정 분자의 유전율 이방성이 음수(負)이도록 해도 된다.

상기 액정 분자의 유전율 이방성이 양수(正)이도록 해도 된다.

본 발명에 의하면 다음과 같은 효과를 얻을 수 있다.

즉, 저전압으로 액정 분자를 구동하면서 보다 높은 투과율, 보다 높은 표시 응답성을 실현하는 것이 가능해진다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 2는 상기 제 1 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 액정 분자의 배향 방향 분포를 도시한 도면이다.
도 3은 상기 제 1 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양수인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 4는 상기 제 1 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 5는 약앵커링 배향막으로서 기판에 형성한 폴리머 브러시의 예를 도시한 단면도이다.
도 6은 제 2 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양수인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 7은 상기 제 2 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 8은 제 3 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양수인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 9는 상기 제 3 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 10은 본 발명의 제 4 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 11은 상기 제 4 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 액정 분자의 배향 방향 분포를 도시한 도면이다.
도 12는 상기 제 4 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 13은 상기 제 4 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 14는 제 5 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 15는 상기 제 5 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 16은 제 6 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.
도 17은 상기 제 6 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계의 다른 예를 도시한 도면이다.
도 18(a)는 본 발명의 제 7 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가하지 않은 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 18(b)는 본 발명의 제 7 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가한 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 19(a)는 본 발명의 제 8 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가하지 않은 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 19(b)는 본 발명의 제 8 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가한 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 20(a)는 본 발명의 제 9 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가하지 않은 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 20(b)는 본 발명의 제 9 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가한 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 21(a)는 본 발명의 제 10 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가하지 않은 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 21(b)는 본 발명의 제 10 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가한 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 22(a)는 본 발명의 제 11 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가하지 않은 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 22(b)는 본 발명의 제 11 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가한 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 23(a)는 본 발명의 제 12 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가하지 않은 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 23(b)는 본 발명의 제 12 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가한 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 24(a)는 본 발명의 제 13 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가하지 않은 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 24(b)는 본 발명의 제 13 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가한 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 25(a)는 본 발명의 제 14 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가하지 않은 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 25(b)는 본 발명의 제 14 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가한 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이다.
도 26은 2장의 편광판의 투과축 방향이 이루는 각도와 투과율의 관계에 관한 실험 결과이다.
도 27은 2장의 편광판의 투과축 방향이 이루는 각도와 투과율의 관계에 관한 실험 결과이다.
도 28은 제 1 실시예에 있어서의 전압과 투과율에 관한 실험 결과이다.
도 29는 제 1 비교예에 있어서의 전압과 투과율에 관한 실험 결과이다.
도 30은 제 1 실시예에 있어서의 전압과 응답 속도에 관한 실험 결과이다.
도 31은 제 1 비교예에 있어서의 전압과 응답 속도에 관한 실험 결과이다.
도 32는 응답 속도 실험에 사용한 제 2 실시예와 제 2 비교예의 설명도이다.
도 33은 응답 속도 실험에 사용한 제 3 실시예와 제 3 비교예의 설명도이다.
도 34는 응답 속도 실험에 사용한 제 4 실시예와 제 4 비교예의 설명도이다.
도 35는 응답 속도 실험의 실험 결과이다.

<제 1 실시 형태>

이하, 본 발명의 제 1 실시 형태에 대하여 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

액정에는 유전율 이방성이 양수(正)인 포지티브형과 유전율 이방성이 음수(負)인 네거티브형이 존재한다. 포지티브형 액정은, 유전적 성질이 액정 분자의 장축 방향으로 크고 장축 방향에 직교하는 방향으로 작다. 네거티브형은, 유전적 성질이 액정 분자의 장축 방향으로 작고 장축 방향에 직교하는 방향으로 크다. 본 실시 형태에서는 포지티브형 액정을 사용한 사례에 대하여 설명한다.

또한 액정 분자의 배향 방향을 억제하기 위한 배향막으로서, 액정 분자의 배향 방향을 구속하는 힘이 강한 강앵커링 배향막과, 액정 분자의 배향 방향을 구속하는 힘이 약한 약앵커링 배향막이 있다. 본 발명은 서로 대향하는 배향막의 일방에 강앵커링 배향막을 채용하고, 타방에 약앵커링 배향막을 채용한, 일방면 약앵커링 형식을 대상으로 한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 도 2는 상기 제 1 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 정수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 액정 분자의 배향 방향 분포를 도시한 도면이다. 도 3은 상기 제 1 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 정수인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다. 도 4는 상기 제 1 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 양수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.

도 1, 도 2에 도시한 것과 같이 액정 디스플레이(10)는, 액정 패널(액정 표시 소자, 11)과 액정 패널(11)에 빛을 제공하는 백라이트 유닛(12)을 구비하고 있다.

백라이트 유닛(12)은 액정 패널(11)의 배면에 설치된 광원(미도시)으로부터 입력되는 빛을, 액정 패널(11)의 배면(11r) 측으로부터 표면(11f) 측을 향하여 균일하게 조사한다. 백라이트 유닛(12)은, 예를 들면 그 일측 단부에 설치된 광원(미도시)으로부터 입력되는 빛을 액정 패널(11)의 표면(11f)과 평행한 방향으로 전달하는 한편, 전달한 빛을 액정 패널(11)의 배면(11r) 측으로부터 표면(11f) 측을 향해서 조사하는 이른바 엣지라이트형을 사용할 수 있다. 또한 백라이트 유닛(12)은 액정 패널(11)의 배면(11r) 측에 설치된 광원으로부터 입력되는 빛을 액정 패널(11)의 배면(11r) 측으로부터 표면(11f) 측을 향해서 조사하는 이른바 직하형을 사용할 수도 있다.

액정 패널(11)은 기판(제 2 기판, 13A), 기판(제 1 기판, 13B), 편광판(제 2 편광판, 14A), 편광판(제 1 편광판, 14B), 구동 전극층(15), 강앵커링 배향막(제 2 배향막, 16), 약앵커링 배향막(제 1 배향막, 17), 액정층(18)을 구비하고 있다.

기판(13A, 13B)은 각각 유리 혹은 수지 등의 기판으로 이루어지고, 소정의 간격을 두고 서로 평행하게 배치되어 있다.

편광판(14A)은, 백라이트 유닛(12) 측에 배치된 기판(13A)에 있어서 백라이트 유닛(12)에 대향하는 측 또는 백라이트 유닛(12)과는 반대측에 설치되어 있다.

편광판(14B)은, 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 배치된 기판(13B)에 있어서 백라이트 유닛(12)과는 반대측 또는 백라이트 유닛(12)에 대향하는 측에 설치되어 있다.

이들 편광판(14A, 14B)은, 투과축 방향이 서로 평행이 되도록 배치되어 있다. 예를 들면 일방 편광판(14A)의 투과축 방향 및 타방 편광판(14B)의 투과축 방향은 기판(13B)을 따르는 방향 X로 설정되어 있다.

구동 전극층(15)은, 기판(13A, 13B) 중 어느 일방에 설치되어 있다. 이 실시 형태에서, 구동 전극층(15)은 백라이트 유닛(12) 측의 기판(13A)에 있어서 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 설치되어 있다.

구동 전극층(15)은 기판(13A)의 표면을 따라서 복수개의 전극선(20A)이 병설됨으로써 형성되어 있다. 여기에서 도 3에 도시한 것과 같이 각 전극선(20A)은 그 장축 방향이, 예를 들면 기판(13A)의 표면에 평행한 면 내에서 방향 Y를 따라서 연장되도록 직선상으로 형성되어 있다. 구동 전극층(15)은, 이와 같은 전극선(20A)이 기판(13A)의 표면에 평행한 면 내에서 방향 Y에 직교하는 방향 X를 따라서 일정 간격마다 병설되어 있다.

도 2, 도 4에 도시한 것과 같이 이와 같은 구동 전극층(15)에 있어서는, 구동 전극층(15)의 각 전극선(20A)에 미리 설정한 전압이 인가되면 상호 인접한 전극선(20A) 사이에서 이들 상호 인접한 전극선(20A)끼리를 연결하는 방향, 즉 이 실시 형태에서는 기판(13B)에 평행한 방향 X의 전기장(E)이 생성된다.

강앵커링 배향막(16)은 기판(13A, 13B) 중 어느 일방에 설치되어 있다. 이 실시 형태에서 강앵커링 배향막(16)은 백라이트 유닛(12) 측의 기판(13A)에 있어서 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 형성되어 있다. 강앵커링 배향막(16)은 액정층(18)의 액정 분자(Lp)의 장축 방향을 기판(13A, 13B) 표면에 평행한 면 내의 소정의 배향 방향(도 1에서는 방향 X)에 거의 일치시키도록 초기 배향 방향이 설정되어 있다.

약앵커링 배향막(17)은 기판(13A, 13B) 중 어느 타방에 설치되어 있다. 이 실시 형태에서, 약앵커링 배향막(17)은 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측의 기판(13B)에 있어서 백라이트 유닛(12)에 대향하는 측에 형성되어 있다.

약앵커링 배향막(17)은 액정층(18)의 액정 분자(Lp)의 장축 방향을, 기판(13A, 13B) 표면에 평행한 면 내에서 강앵커링 배향막(16)의 초기 배향 방향(도 1에서는 방향 X)에 직교하는 방향(도 1에서는 방향 Y)에 거의 일치시키도록 초기 배향 방향이 설정되어 있다.

액정층(18)은, 강앵커링 배향막(16)과 약앵커링 배향막(17) 사이에 다수의 액정 분자(Lp)가 충전됨으로써 형성되어 있다. 액정층(18)은, 구동 전극층(15)을 구성하는 각 전극선(20A)에 전압이 인가됨으로써 발생하는 전기장(E)에 의해 액정 분자(Lp)의 배향 방향이 변화되고 구동된다. 이와 같이 해서 액정 분자(Lp)의 배향이 변화됨으로써 액정층(18)은 백라이트 유닛(12)으로부터 공급되는 빛을 부분적으로 투과하거나 차단함으로써 표시 화상을 생성한다.

또한 이 액정층(18)에는, 전기장(E) 인가를 해제했을 때에 구동 전극층(15)에 의해 인가된 전기장(E)에 의해 배향 방향이 바뀐 액정 분자(Lp)의 방향을, 전기장(E)이 인가되어 있지 않은 초기 상태로 되돌리기 위한 복원력을 부여하기 위해, 키랄제(광학 활성 물질)가 첨가되어 있다.

이 키랄제 첨가에 의해, 액정층(18)에서는 전기장(E) 비인가 상태에서 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향해서, 강앵커링 배향막(16) 측에 있어서의 액정 분자(Lp)의 장축 방향의 배향 방향에 대한 액정 분자(Lp)의 배향 방향 변위량이 점차 커져, 나선상으로 뒤틀린 배향 상태가 된다. 구체적으로는 전기장(E) 비인가 상태에서 액정층(18)의 액정 분자(Lp)가 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향하여 90° 트위스트된 배향 상태가 되도록 키랄제를 첨가하는 것이 바람직하다.

여기에서 강앵커링 배향막(16)과 약앵커링 배향막(17)은 액정 분자(Lp)의 배향 방향을 구속하는 배향 구속력이 서로 다르다.

즉, 도 2에 도시한 것과 같이 강앵커링 배향막(16)은 전압이 인가되어 전기장(E)이 생성되어도 액정층(18)에 있어서 강앵커링 배향막(16) 측의 액정 분자(Lp)가 장축 방향을, 기판(13A, 13B) 표면을 따른 면 내에서 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 X)에 거의 일치시킨 초기 배향 상태를 유지한다.

이에 비하여 약앵커링 배향막(17)에서는, 전압이 인가됨으로써 전기장(E)이 생성되었을 때, 인가 전압이 문턱값 전압 이상이 되면 액정층(18)의 약앵커링 배향막(17) 측에 있어서 액정 분자(Lp)가, 키랄제에 의해 부여된, 나선상으로 뒤틀린 배향 상태를 유지하려고 하는 트위스트 탄성력 및 약앵커링 배향막(17)의 구속으로부터 이탈한다. 그리고 액정 분자(Lp)의 배향 방향은, 인가 전압의 크기에 따라서 기판(13A, 13B) 표면에 평행한 면 내에서 초기 배향 방향(도 2에서는 방향 Y)으로부터 변화된다.

이와 같이 액정층(18)의 액정 분자(Lp)는 전기장(E)이 인가되었을 때, 액정층(18)의 강앵커링 배향막(16) 측에서는 액정 분자(Lp)가 강앵커링 배향막(16)에 의한 배향 강제력(구속력)을 받은 채로 그 배향 방향을 유지하는데 비하여, 약앵커링 배향막(17) 측에서는 키랄제에 의한 트위스트 탄성력 및 약앵커링 배향막(17)에 의한 배향 강제력(구속력)을 벗어나 액정 분자(Lp)의 배향 방향이 변화된다.

그 결과, 액정층(18)에 있어서는 강앵커링 배향막(16) 측과 약앵커링 배향막(17) 측에서, 문턱값 이상의 전기장(E)을 인가했을 때, 액정 분자(Lp)의 초기 배향 방향에 대한 배향 방향의 변위량이 다르다. 구체적으로는 인가 전기장(E)의 크기가 커짐에 따라서 약앵커링 배향막(17) 근방의 액정 분자(Lp)의 초기 배향 방향에 대한 배향 방향 변위량이 점차 커진다. 이로써 초기 배향 상태에서는 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향해서 액정 분자(Lp)가 나선상으로 뒤틀려 있던 배향 상태에 대하여, 약앵커링 배향막(17) 측의 액정 분자(Lp)의 초기 배향 상태에 대한 배향 방향의 꼬임각이 작아진다. 전기장 강도가 어느 일정 값에 도달하면 약앵커링 배향막(17) 근방의 액정 분자(Lp)는 전기장(E) 방향에 평행한 방향으로 배향된다. 즉, 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향하여 배향 방향이 전기장(E) 방향에 평행한 방향(도 2에서는 방향 X)을 따라 동일해진다.

그런데 상기 전압 비인가 시의 액정층(18) 배향 상태는, TN 방식에서의 전압 비인가 시 액정 배향 상태와 동일하다. 따라서 ΔnP ≫ λ(Δn은 액정의 굴절율 이방성, P는 액정의 나선형 피치(helical pitch), λ는 빛의 파장), 즉 모긴 조건(MAUGUIN CONDITION)을 만족하도록 액정 패널(11)의 광학 설계를 수행하면 액정층(18)에 회전(선광)능 효과를 발생시키는 것이 가능해진다.

또한 TN 방식의 액정 패널에서 빛의 투과율(T)을 부여하는 식으로서 이하의 Gooch-Tarry의 식 (1)이 알려져 있다.

식 1

여기에서 u=(dΔn/λ)*(π/θ) 이고, d는 셀 갭(액정층(18)의 두께), θ는 액정 분자(Lp)의 꼬임각이며, 본 실시 형태에서는 전압 비인가 시의 강앵커링 배향막(16) 측의 액정 분자와 약앵커링 배향막(17) 측의 액정 분자의 배향 방향의 각도차에 상당한다. 또한 본 실시 형태에서는 θ=π/2이므로, u=2dΔn /λ이다.

액정 패널(11)에서는 포지티브형 액정 분자(Lp)를 사용하고 편광판(14A, 14B)을 각각의 투과축 방향이 서로 평행한 평행 니콜로 배치하며, 편광판(14A)의 투과축 방향이 전기장(E) 비인가 상태의 액정 분자(Lp)의 배향 방향을 규제하기 위한 강앵커링 배향막(16)에 대한 배향 처리 방향(도 1에서는 방향 X)과 일치하도록 설정된다.

도 1에 도시한 것과 같이 전기장(E) 비인가 상태에서, 액정 분자(Lp)는 상기한 것과 같이 강앵커링 배향막(16) 측에서는, 초기 배향 상태가 액정 분자(Lp)의 장축 방향이 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(도 1에서는 방향 X)을 따른다. 이에 비하여 약앵커링 배향막(17) 측에서는, 액정 분자(Lp)의 장축 방향이 약앵커링 배향막(17)의 배향 처리 방향(도 1에서는 방향 Y)을 따른다. 만일 약앵커링 배향막(17)의 규제력이 제로에 가까운 경우에는 약앵커링 배향막(17)에 배향 처리를 수행해도 초기 배향 방향을 기억시킬 수 없다. 그 경우에도 액정층(18)의 액정 분자(Lp)가 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향해서 90° 트위스트 되도록 키랄제 양이 조정되어 있기 때문에, 약앵커링 배향막(17) 측에서는 액정 분자(Lp)의 장축 방향이 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향과 직교하는 방향(도 1에서는 방향 Y)을 따른다. 이 때, 모긴 조건을 만족하고 또한 식 (1)이 최소값을 갖도록 액정 패널(11)의 광학 조건을 설계함으로써, 액정층(18)에 입사된 직선 편광은 편광 상태를 유지한 채로 편광면이 90° 회전(선광)하여 액정 패널(11)로부터 출사된다. 이 때, 액정 패널(11)로부터의 출사광의 편광 방향과 편광판(14B)의 투과축 방향이 직교하기 때문에 액정 패널(11)로부터의 출사광의 대부분이 편광판(14B)에 흡수되어, 액정 패널(11)로부터의 출사광 양을 최소로 할 수 있다. 이로써 본 실시 형태에서의 콘트라스트비를 최대로 할 수 있다. 여기서 일반적으로 셀 갭(d)이 커지면 응답 속도 저하가 발생하기 때문에 액정 패널의 광학 설계는 식 (1)이 최소값을 갖는 복수의 조건 중에서 이른바 first minimum 조건을 선택하는 것이 바람직하다.

한편 도 2에 도시한 것과 같이 전기장(E)을 인가한 상태에서, 액정 분자(Lp)는 상기한 것과 같이 강앵커링 배향막(16) 측에 있어서는 장축 방향이 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(도 2에서는 방향 X)을 따르는 초기 배향 상태를 유지한다. 이에 비하여 약앵커링 배향막(17) 측에서는 문턱값 이상의 전기장(E) 인가에 의해 액정 분자(Lp)의 배향 방향은 기판(13B)에 평행한 면 내에서 변화되기 시작하고, 전기장 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때, 액정 분자(Lp)의 장축 방향이 전기장(E)에 평행한 방향, 즉 기판(13B)에 평행한 방향 X를 따르게 된다. 이로써 액정 분자(Lp)는 강앵커링 배향막(16)에 대한 배향 처리 방향(도 2에서는 방향 X)에 동일하게 배향되기 때문에 액정층(18)에 입사된 직선 편광은 편광 상태 및 편광면을 유지한 채로 액정 패널(11)로부터 출사된다. 이 때 액정층(18)에 입사된 직선 편광의 편광 방향(도 2에서는 방향 X)과 편광판(14B)의 투과축 방향(도 2에서는 방향 X)이 일치하고 있기 때문에 백라이트 유닛(12) 측으로부터의 대부분의 빛은 편광판(14B)을 투과할 수 있다.

또한 전기장(E)을 인가한 상태로부터 전기장(E) 인가를 정지하면 액정층(18)의 액정 분자(Lp)는 키랄제에 의해 부여된 복원력(탄성력)에 의해 액정 분자(Lp)의 배향 방향이, 도 1에 도시한 것과 같은 나선상의 초기 배향 상태로 돌아간다. 여기서 강앵커링 배향막(16) 측에서는, 액정 분자(Lp)의 장축 방향이 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(도 1에서는 방향 X)을 따른 상태를 유지한다. 이에 비하여 액정층(18)의 약앵커링 배향막(17) 측에서는, 키랄제에 의해 부여된 복원력(탄성력)에 의해 액정 분자(Lp)의 장축 방향이 약앵커링 배향막(17)의 배향 처리 방향(도 2에서는 방향 Y)을 따르도록 배향 방향이 변위된다. 이로써 액정 분자(Lp)는 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향하여 장축 방향의 배향 각도 변위량이 점차 커져, 나선상으로 뒤틀린 상태로 돌아간다.

이와 같이 본 실시 형태의 액정 패널(11)에서는, 포지티브형 액정 분자(Lp)를 사용하고 편광판(14A, 14B)을 평행 니콜로 배치하며, 편광판(14A)의 투과축 방향이, 전기장(E) 비인가 상태에서 액정 분자(Lp)의 배향 방향을 규제하기 위한 강앵커링 배향막(16)에 대한 배향 처리 방향과 일치(도 1에서는 방향 X)하도록 설정되어 있다. 그리고 액정층(18)의 액정 분자(Lp)는 키랄제 첨가에 의해 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향하여 나선상으로 뒤틀린 초기 배향 상태가 되어 있다.

이와 같은 구성에서 전기장(E) 비인가 상태에서는 도 1에 도시한 것과 같이 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은, 액정층(18)에서 액정 분자(Lp)의 배향 방향의 나선상 분포를 따라서 편광면이 변화되고, 반대측 편광판(14B)으로 흡수된다.

또한 도 2에 도시한 것과 같이 문턱값 이상의 소정의 전기장(E)이 액정 패널(11)에 인가되면 인가 전압(E)의 크기가 커짐에 따라서 약앵커링 배향막(17) 근방의 액정 분자(Lp)의 초기 배향 방향에 대한 배향 방향의 변위량이 점차 커진다. 인가되는 전기장(E)의 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때, 액정층(18)의 액정 분자(Lp)는 강앵커링 배향막(16)에서의 배향 처리 방향(도 2에서는 방향 X)을 따르는 동일 배향 상태로 전이된다. 이로써 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은 반대측 편광판(14B)을 투과한다.

즉, 액정 패널(11)에서는 액정 구동 방식으로서 액정 분자(Lp)를 기판(13A, 13B) 표면을 따르는 면 내에서 변위시키는 IPS 구동 방식을 채용하는 한편 회전(선광)성을 이용하여 빛의 온오프 제어를 수행한다.

그런데 상기한 것과 같은 강앵커링 배향막(16)은, 예를 들면 이하와 같이 형성한다. 우선 기판(13A) 상에 폴리이미드 등으로 이루어지는 배향막을 형성한다. 그 후, 레이온과 면 등으로 이루어지는 천을 감은 롤러를, 회전수 및 롤러와 기판(13A) 거리를 일정하게 유지한 상태에서 회전시켜 배향막 표면을 소정 방향으로 문지른다(러빙법). 혹은 편광 자외선을 조사하여 폴리이미드로 이루어지는 배향막 표면에 이방성을 발생시킨다(광 배향법). 이들 러빙법, 광 배향법 등에 의해 배향 방향이 설정된 강앵커링 배향막(16)은, 액정 분자(Lp)에 대하여 약앵커링 배향막(17)보다 강한 배향 강제력을 부여한다.

약앵커링 배향막(17)으로는, 예를 들면 폴리머 브러시로 형성한 것을 사용할 수 있다. 폴리머 브러시는, 일단이 기판(13B) 표면에 고정되고 타단이 기판(13B) 표면으로부터 이간되는 방향으로 연장된 그래프트 폴리머 사슬에 의해 형성된다. 이와 같은 그래프트 폴리머 사슬은 기판(13B) 측으로부터 연신되도록 해서 생성해도 되고, 미리 소정 길이를 가진 폴리머 사슬을 기판(13B)에 부착시켜도 된다. 약앵커링 배향막(17)의 초기 배향 방향은 러빙법 등의 공지된 수법에 의해 결정해도 된다.

이하, 폴리머 브러시의 구체적인 일례를 도시한다.

폴리머 브러시는, 예를 들면 다음 일반식 (1)로 표현된다.

일반식 1

일반식 (1)에서, X는 H 또는 CH₃이고 m은 양의 정수이며 폴리머 브러시의 Tg(유리전이온도)가 -5℃ 이하인 것이다.

도 5는 약앵커링 배향막으로서 기판에 형성한 폴리머 브러시의 예를 도시한 단면도이다.

도 5에 도시한 것과 같이 액정 분자(Lp)는 기판(13B) 상에 형성된 폴리머 브러시(2)의 표층 부분에 침투해 있고, 액정 분자(Lp)와 접한 폴리머 브러시(2)의 표층 부분은 팽윤되어 있다(도면에서는 팽윤된 상태는 도시하지 않았다).

본 명세서에서는, 액정 분자(Lp)가 침투한 폴리머 브러시(2) 부분을 공존부(4)로서 나타내고, 액정 분자(Lp)가 침투하지 않은 폴리머 브러시(2) 부분을 폴리머 브러시층(3)으로서 나타낸다. 또한 도 5에서는 본 발명을 이해하기 쉽게 하는 관점에서 공존부(4)와 폴리머 브러시층(3)을 명확히 구별하여 나타냈지만, 실제로는 공존부(4)와 폴리머 브러시층(3)의 경계를 구별하는 것은 어렵다.

상기한 것과 같은 폴리머 브러시(2)를 사용함으로써 공존부(4)의 Tg(유리전이온도)가 상온보다 상당히 낮은 온도가 되므로, 상온에서 공존부(4) 형상을 자유롭게 변동시킬 수 있다. 따라서 공존부(4)와 액정 분자(Lp)의 계면에서 공존부(4) 상태가 변화되고, 기판(13B)에 대하여 수평 방향으로 액정 분자(Lp)를 배향 규제하면서 면 내에서는 어느 방향으로도 배향 강제력을 갖지 않는 상태(제로면 앵커링 상태)를 실현할 수 있다.

공존부(4)의 Tg는 사용하는 폴리머 브러시(2) 및 액정 분자(Lp)의 종류에 따라 다르기 때문에 일의적으로 정의할 수는 없지만, 일반적으로 폴리머 브러시(2) 단독의 Tg에 비교하여 낮아진다. 또한 공존부(4)의 Tg는, 폴리머 브러시(2)에 대한 액정 분자(Lp)의 침투 정도(즉, 폴리머 브러시(2)와 액정 분자(Lp)의 비율)에 의해서도 변화된다. 구체적으로는 공존부(4)에서, 액정 분자(Lp)의 비율이 많은 액정 분자(Lp) 측의 공존부(4)는 Tg가 낮고, 액정 분자(Lp)의 비율이 적은 폴리머 브러시층(3) 측의 공존부(4)는 Tg가 높아진다.

그러나 폴리머 브러시(2)로서 상기 일반식 (1)로 표현되고, 일반식 (1)에서 X는 H 또는 CH₃이고 m은 양의 정수이며 폴리머 브러시의 Tg가 -5℃ 이하인 것을 사용함으로써 공존부(4)의 Tg를 상온보다 충분히 낮은 온도로 할 수 있으므로, 상온에서 기판(13B) 표면에 대하여 수평인 면 내에 액정 분자(Lp)를 배향 규제하면서, 면 내에서는 어느 방향으로도 배향 강제력을 갖지 않는 상태(제로면 앵커링 상태)를 실현할 수 있다.

기판(13B) 표면은 필요에 따라서 평탄화 처리를 수행해도 된다. 평탄화 처리는 특별히 한정되지 않고 당해 기술 분야에서 공지된 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 평탄화 처리의 예로서는 기판(13B) 표면에 평탄화막을 형성하는 방법을 들 수 있고, 예를 들면 UV 경화성 투명 수지 등을 기판(13B) 표면에 도포하여 UV 경화하면 된다.

기판(13B)의 예로서는 어레이 기판 및 대향 기판을 들 수 있다.

어레이 기판의 예로는 액티브 매트릭스 어레이 기판을 들 수 있다. 액티브 매트릭스 어레이 기판은 일반적으로 유리 기판 상에 게이트 배선 및 소스 배선이 매트릭스상으로 배치되어 있고, 그 교점 부분에 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor) 등의 액티브 소자가 형성되며 이 액티브 소자에 화소 전극이 접속된 것이다.

또한 대향 기판의 예로서는 컬러 필터 기판을 들 수 있다. 이 컬러 필터 기판은 일반적으로 유리 기판 상에 불필요한 빛 샘을 방지하기 위해서 블랙 매트릭스를 형성한 후, R(적), G(녹), B(청) 착색층을 패턴 형성하고 필요에 따라서 보호막을 형성한 것이다. 이들 기판(13B)을 사용하는 경우, 기판(13B) 표면에 투명 수지를 도포하고 경화하여 평탄화막을 형성해도 된다.

기판(13B) 상에 형성되는 폴리머 브러시(2)로는 상기 일반식 (1)로 표현되고, 일반식 (1)에서 X는 H 또는 CH₃이고 m은 양의 정수이며 폴리머 브러시의 Tg가 -5℃ 이하인 것을 사용할 수 있다. 여기에서 폴리머 브러시(2)는, 다수의 그래프트 폴리머 사슬이 고밀도이고 기판(13B) 표면에 대하여 수직 방향으로 신장된 구조를 가지는 것이 바람직하다.

일반적으로 일단이 기판(13B) 표면에 고정된 그래프트 폴리머 사슬은 그래프트 밀도가 낮으면 랜덤 코일상의 수축된 구조를 취하지만, 폴리머 브러시(2)는 그래프트 밀도가 높기 때문에 인접한 그래프트 폴리머 사슬의 상호 작용(입체 반발)에 의해, 기판(13B) 표면에 대하여 수직 방향으로 신장된 구조를 취한다.

본 명세서에서 '고밀도'는, 인접한 그래프트 폴리머 사슬 사이에서 입체 반발이 발생할 정도로 밀집된 그래프트 폴리머 사슬의 밀도를 의미하고, 일반적으로 0.1가닥/nm² 이상, 바람직하게는 0.1 ~ 1.2가닥/nm²의 밀도이다. 또한 본 명세서에서 '그래프트 폴리머 사슬의 밀도'는, 단위 면적(nm²)당 기판(13B) 표면 상에 형성된 그래프트 폴리머 사슬의 가닥수를 의미한다.

또한 폴리머 브러시(2)는, 다수의 그래프트 폴리머 사슬이 상기에 나타낸 '고밀도'보다 낮은 밀도로 형성된 것이어도 된다.

폴리머 브러시(2)는 기판(13B)의 표면 상에서 폴리머 브러시(2) 층을 형성한다. 이 폴리머 브러시(2) 층의 두께는 특별히 한정되지 않지만, 일반적으로 수십nm, 구체적으로는 1nm 이상 100nm 미만, 바람직하게는 10nm ~ 80nm이다. 또한 이 폴리머 브러시(2) 층에는 사이즈 배제 효과가 있어서, 일정 크기의 물질은 폴리머 브러시(2) 층을 통과할 수 없다. 따라서 폴리머 브러시(2) 층의 두께를 얇게 해도 토대(下地)로부터 액정 분자(Lp)로의 불순물 침입을 방지할 수 있다.

폴리머 브러시(2)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고 당해 기술 분야에서 공지된 방법을 이용하여 수행할 수 있다. 구체적으로는, 폴리머 브러시(2)는 라디컬 중합성 모노머를 리빙 라디컬 중합시킴으로써 형성할 수 있다. 본 명세서에서 '리빙 라디컬 중합'은 라디컬 중합 반응에 있어서 연쇄 이동 반응 및 정지 반응이 실질적으로 일어나지 않고, 라디컬 중합성 모노머가 다 반응한 후에도 연쇄 성장 말단이 활성을 유지하는 중합 반응을 의미한다.

이 중합 반응에서는 중합 반응 종료 후에도 생성 중합체 말단에 중합 활성을 유지하고 있어, 라디컬 중합성 모노머를 가하면 다시 중합 반응을 개시시킬 수 있다. 또한 리빙 라디컬 중합은 라디컬 중합성 모노머와 중합 개시제의 농도비를 조절함으로써 임의의 평균 분자량을 갖는 중합체를 합성할 수 있으며, 생성되는 중합체의 분자량 분포가 매우 좁은 등의 특징이 있다.

리빙 라디컬 중합의 대표예는 원자 이동 라디컬 중합(ATRP: Atom Transfer Radical Polymerization)이다. 예를 들면 중합개시제 존재 하에서 할로겐화구리/리간드 착물을 사용하여 라디컬 중합성 모노머의 원자 이동 리빙 라디컬 중합을 수행한다. 할로겐화구리/리간드 착물이 고분자 말단 할로겐을 잡아 뺌으로써 가역적으로 성장하는 성장 라디컬에 라디컬 중합성 모노머가 부가되어 진행되고, 충분한 빈도의 가역적 활성화·불활성화에 의해 분자량 분포가 규제된다.

리빙 라디컬 중합에 사용되는 라디컬 중합성 모노머는 유기 라디컬 존재 하에서 라디컬 중합을 수행하는 것이 가능한 불포화 결합을 갖는 것으로, 예를 들면 t-부틸메타크릴레이트, 헥실메타크릴레이트, 2-에틸헥실메타크릴레이트, 노닐메타크릴레이트, 라우릴메타크릴레이트, n-옥틸메타크릴레이트 등의 메타크릴레이트계 모노머와, t-부틸아크릴레이트, 헥실아크릴레이트, 2-에틸헥실아크릴레이트, 노닐아크릴레이트, 벤질아크릴레이트, 라우릴아크릴레이트, n-옥틸아크릴레이트 등의 아크릴레이트계 모노머와, 스티렌, 스티렌 유도체(예를 들면 o-, m-, p-메톡시스티렌, o-, m-, p-t-부톡시스티렌, o-, m-, p-클로로메틸스티렌 등), 비닐에스테르류(예를 들면 아세트산비닐, 프로피온산비닐, 벤조산비닐 등), 비닐케톤류(예를 들면 비닐메틸케톤, 비닐헥실케톤, 메틸이소프로페닐케톤 등), N-비닐 화합물(예를 들면 N-비닐피롤리돈, N-비닐피롤, N-비닐카바졸, N-비닐인돌 등), (메타)아크릴산 유도체(예를 들면 아크릴로니트릴, 메타아크릴로니트릴, 아크릴아마이드, 이소프로필아크릴아마이드, 메타크릴아마이드 등), 할로겐화비닐류(예를 들면 염화비닐, 염화비닐리덴, 테트라클로로에틸렌, 헥사클로로프렌, 불화비닐 등) 등의 비닐 모노머를 들 수 있다. 이들 각종 라디컬 중합성 모노머는 단독으로 사용해도 2종 이상을 병용해도 된다.

중합개시제는 특별히 한정되지 않고, 리빙 라디컬 중합에서 일반적으로 공지된 것을 사용할 수 있다. 중합개시제의 예로서는 p-클로로메틸스티렌, α-디클로로크실렌, α, α-디클로로크실렌, α, α-디브로모크실렌, 헥사키스(α-브로모메틸)벤젠, 염화벤질, 브롬화벤질, 1-브로모-1-페닐에탄, 1-클로로-1-페닐에탄 등의 벤질할로겐화물과, 프로필-2-브로모프로피오네이트, 메틸-2-클로로프로피오네이트, 에틸-2-클로로프로피오네이트, 메틸-2-브로모프로피오네이트, 에틸-2-브로모이소부틸레이트(EBIB) 등의 α위가 할로겐화된 카복실산과, p-톨루엔술포닐클로라이드(TsCl) 등의 토실할로겐화물과, 테트라클로로메탄, 트리브로모메탄, 1-비닐에틸클로라이드, 1-비닐에틸브로마이드 등의 알킬할로겐화물과, 디메틸인산클로라이드 등의 인산에스테르의 할로겐 유도체를 들 수 있다. 이들 각종 중합개시제는 단독으로 사용해도 2종 이상을 병용해도 된다.

할로겐화구리/리간드 착물을 제공하는 할로겐화구리는 특별히 한정되지 않고 리빙 라디컬 중합에서 일반적으로 공지된 것을 사용할 수 있다. 할로겐화구리의 예로는 CuBr, CuCl, CuI 등을 들 수 있다. 이들 각종 할로겐화구리는 단독으로 사용해도 2종 이상을 병용해도 된다.

할로겐화구리/리간드 착물을 제공하는 리간드 화합물은 특별히 한정되지 않고 리빙 라디컬 중합에서 일반적으로 공지된 것을 사용할 수 있다. 리간드 화합물의 예로는 트리페닐포스판, 4,4´-디노닐-2,2´-디피리딘(dNbipy), N,N,N´,N´N˝-펜타메틸디에틸렌트리아민, 1,1,4,7,10,10-헥사메틸트리에틸렌테트라아민 등을 들 수 있다. 이들 각종 리간드 화합물은 단독으로 사용해도 2종 이상을 병용해도 된다.

라디컬 중합성 모노머, 중합개시제, 할로겐화구리 및 리간드 화합물의 양은 사용할 원료의 종류에 따라서 적절히 조절하면 되지만, 일반적으로 중합개시제 1mol에 대하여 라디컬 중합성 모노머가 5 ~ 10000mol, 바람직하게는 50 ~ 5000mol, 할로겐화구리가 0.1 ~ 100mol, 바람직하게는 0.5 ~ 100mol, 리간드 화합물이 0.2 ~ 200mol, 바람직하게는 1.0 ~ 200mol이다.

리빙 라디컬 중합은 통상 무용매로 수행하지만, 리빙 라디컬 중합에서 일반적으로 사용되는 용매를 사용해도 된다. 사용 가능한 용매로는, 예를 들면 벤젠, 톨루엔, N,N-디메틸포름아마이드(DMF), 디메틸설폭시드(DMSO), 아세톤, 클로로포름, 사염화탄소, 테트라하이드로퓨란(THF), 아세트산에틸, 트리플루오로메틸벤젠 등의 유기 용매와, 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, n-부탄올, 에틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 1-메톡시-2-프로판올 등의 수성 용매를 들 수 있다. 이들 각종 용매는 단독으로 사용해도 2종 이상을 병용해도 된다. 또한 용매의 양은 사용할 원료의 종류에 따라서 적절히 조절하면 되지만, 일반적으로 라디컬 중합성 모노머 1g에 대하여 용매가 0.01 ~ 100ml, 바람직하게는 0.05 ~ 10ml이다.

리빙 라디컬 중합은, 상기 원료를 포함하는 폴리머 브러시 형성용 용액 중에 기판(13B)을 침지 또는 기판(13B)에 상기 원료를 포함하는 폴리머 브러시 형성용 용액을 도포하고 가열함으로써 수행할 수 있다. 가열 조건은 특별히 한정되지 않고 사용할 원료 등에 따라서 적절히 조절하면 되지만, 일반적으로 가열 온도는 60 ~ 150℃, 가열 시간은 0.1 ~ 10시간이다. 이 중합 반응은 일반적으로 상압에서 수행되지만 가압 또는 감압해도 상관없다. 또한 기판(13B)은 필요에 따라서 폴리머 브러시(2) 형성 전에 세정을 수행해도 된다.

리빙 라디컬 중합에 의해 형성되는 폴리머 브러시(2)의 분자량은 반응 온도, 반응 시간, 사용할 원료의 종류와 양에 의해 조정 가능하지만, 일반적으로 수평균 분자량이 500 ~ 1000000, 바람직하게는 1000 ~ 500000인 폴리머 브러시(2)를 형성할 수 있다. 또한 폴리머 브러시(2)의 분자량 분포(M_w/M_n)는 1.05 ~ 1.60 사이로 제어할 수 있다.

폴리머 브러시(2)는, 기판(13B)과 폴리머 브러시(2) 사이의 고착성을 높이는 관점으로부터 필요에 따라서 고정화막을 통하여 기판(13B) 표면 상에 형성해도 된다. 고정화막으로는, 기판(13B) 및 폴리머 브러시(2)의 고착성이 뛰어난 것이라면 특별히 한정되지 않고, 리빙 라디컬 중합에서 일반적으로 공지된 것을 사용할 수 있다. 고정화막의 예로는, 다음 일반식 (2)로 표현되는 알콕시실란 화합물로부터 형성되는 막을 들 수 있다.

일반식 2

일반식 (2)에서 R¹은 각각 독립적으로 C1 ~ C3의 알킬기, 바람직하게는 메틸기 또는 에틸기이고, R²는 각각 독립적으로 메틸기 또는 에틸기이며, X는 할로겐 원자, 바람직하게는 Br이고, n은 3 ~ 10의 정수, 보다 바람직하게는 4 ~ 8의 정수이다.

고정화막에는 폴리머 브러시(2)가 공유 결합하고 있는 것이 바람직하다. 고정화막과 폴리머 브러시(2)가 결합력이 강한 공유 결합으로 연결되어 있으면 폴리머 브러시(2) 벗겨짐을 충분히 방지할 수 있다. 그 결과, 액정 패널(11)의 특성이 저하될 가능성이 낮아지고 액정 패널(11)의 신뢰성이 향상된다.

고정화막 형성 방법은 특별히 한정되지 않고 사용할 재료에 따라서 적절히 설정하면 된다. 예를 들면 고정화막 형성용 용액에 기판(13B)을 침지시키거나 혹은 기판(13B)에 상기 고정화막 형성용 용액을 도포한 후 건조시킴으로써 고정화막을 형성할 수 있다. 여기에서 소정 부분에 고정화막을 형성시키기 위해서 고정화막을 형성시키지 않는 부분에 마스킹을 실시해도 된다. 또한 기판(13B)은 필요에 따라서 고정화막 형성 전에 세정을 수행해도 된다.

기판(13A)과, 폴리머 브러시(2)를 형성한 기판(13B) 사이에 액정 분자(Lp) 및 키랄제를 포함하는 액정 재료를 주입하는 방법은 특별히 한정되지 않고, 모세관 현상을 이용한 진공 주입법, 액정 적하 주입법(ODF: One Drop Filling) 등의 공지된 방법을 이용할 수 있다. 예를 들면 모세관 현상을 이용한 진공 주입법을 이용하는 경우에는 다음과 같이 수행하면 된다.

우선 일방 기판(13A) 상에 공지된 방법에 의해 전극층(15)을 형성한다. 타방 기판(13B) 상에는 포토리소그래피 등의 공지된 방법에 의해 스페이서를 형성한 후, 고정화막(필요한 경우) 및 폴리머 브러시(2)를 형성한다. 여기에서, 필요에 따라서 기판(13B) 상(스페이서부 이외)에 평탄화막 등을 형성함으로써 평탄화하고, 그 위에 고정화막(필요한 경우) 및 폴리머 브러시(2)를 형성해도 된다.

다음으로 일방 기판(13A)을 세정하고 건조시킨 후, 실링재를 도포하여 타방 기판(13B)과 중첩시키고 가열 또는 UV 조사 등에 의해 실링재를 경화시켜서 접착한다. 여기에서, 실링재의 일부에는 액정 분자(Lp) 및 키랄제를 포함하는 액정 재료를 주입하기 위한 주입구를 열어둘 필요가 있다. 다음으로 진공 주입법에 의해 주입구로부터 기판(13A, 13B) 사이에 액정 분자(Lp) 및 키랄제를 포함하는 액정 재료를 주입한 후에 주입구를 봉지한다.

본 발명에서 사용되는 액정 분자(Lp)는 특별히 한정되지 않고, 당해 기술 분야에서 공지된 것을 사용할 수 있다. 그 중에서도 액정 분자(Lp)로는 액정 분자(Lp)의 NI점(N상으로부터 I상으로의 상전이온도)이 공존부(4)의 Tg보다 높은 것이 바람직하다.

또한 키랄제는 특별히 한정되지 않고, 당해 기술 분야에서 공지된 것을 사용할 수 있다.

상술한 것과 같이 액정 패널(11)에 의하면 백라이트 유닛(12), 약앵커링 배향막(17)이 형성된 기판(13B), 약앵커링 배향막(17)과의 사이에 간격을 두고 대향 배치되는 강앵커링 배향막(16)이 형성된 기판(13A), 약앵커링 배향막(17)과 강앵커링 배향막(16) 사이에 배치되고 액정 분자(Lp)가 구동됨으로써 빛을 투과 또는 차단하는 액정층(18), 기판(13A 및 13B) 중 어느 일방에 설치되고 액정 분자(Lp)에 전기장(E)을 인가하는 구동 전극층(15)을 구비하고, 액정층(18)에는 전기장(E) 비인가 상태의 초기 배향 상태로 액정 분자(Lp)를 복원시키는 키랄제가 첨가되어 있다.

이와 같이 해서, 구동 전극층(15)에서 생성된 전기장(E)에 의해 배향 방향을 변위시킨 액정 분자(Lp)를, 키랄제에 의해 부여되는 복원력에 의해 초기 배향 상태로 되돌림으로써 액정 분자(Lp)의 구동을 고속화하는 것이 가능해진다. 이로써 액정 패널(11)의 표시 응답성을 높이는 것이 가능해진다. 또한 액정 분자(Lp)를 초기 상태로 되돌리기 위하여 별도의 전극 등을 설치할 필요도 없고, 소비 전력을 억제하면서 간이한 구성으로 할 수 있다.

또한 전기장(E)을 인가했을 때, 약앵커링 배향막(17)이 액정 분자(Lp)의 배향 방향을 구속하는 구속력이, 강앵커링 배향막(16)보다 작다.

그리고 전기장(E)을 인가한 상태에서, 인가 전기장(E)의 크기가 커짐에 따라서 약앵커링 배향막(17) 근방의 액정 분자(Lp)의 초기 배향 상태에 대한 배향 방향의 변위량이 점차 커진다.

이로써 약앵커링 배향막(17) 측의 액정 분자(Lp)의 배향 방향을 변화시키는데 충분한 소정의 전압을 인가하면 액정 패널(11)의 액정층(18)이 구동되어 표시를 수행할 수 있다. 따라서 저전압에서 액정 분자(Lp)를 구동할 수 있다.

또한 상기 구성에 따르면 전기장(E) 비인가 상태에서는 빛이 액정 분자(Lp)의 배향을 따라서 변화되고, 편광판(14B)에서 거의 모든 빛이 흡수되어 투과율이 거의 제로가 된다. 한편 일정 값 이상의 전기장(E)을 인가한 상태에서는, 액정층(18)은 전기장 방향에 평행한 방향으로 동일하게 배향되고, 액정 패널(11)에 입사된 빛은 거의 전량이 편광판(14B)을 투과하기 때문에 투과율 및 콘트라스트비가 높은 표시를 수행하는 것이 가능해진다.

<제 2 실시 형태>

다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 2 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한 이하 설명하는 제 2 실시 형태에서는, 상기 제 1 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 붙여 그 설명을 생략한다. 제 2 실시 형태에서는 상기 제 1 실시 형태에 대하여 구동 전극층(15)의 전극선(20B) 배치가 다르다.

도 6은 제 2 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 정수인 액정을 사용하고, 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다. 도 7은 상기 제 2 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 정수인 액정을 사용하고, 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계의 다른 예를 도시한 도면이다.

도 6에 도시한 것과 같이 제 2 실시 형태에서 구동 전극층(15)은 기판(13A) 표면을 따라서 복수개의 전극선(20B)이 병설됨으로써 형성되어 있다. 여기에서 각 전극선(20B)은 그 장축 방향을, 예를 들면 기판(13A)을 따르는 방향 Y에 대하여 경사지게 형성되어 있다. 구동 전극층(15)은 이와 같은 전극선(20B)이 기판(13A)을 따르는 방향 Y에 직교하는 방향 X를 따라서 일정 간격마다 병설됨으로써 형성되어 있다.

도 1에 도시한 것과 같이 액정층(18)에서는, 전기장(E) 비인가 상태에서 포지티브형 액정 분자(Lp)는 키랄제 첨가에 의해 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향하여 나선상으로 뒤틀린 초기 배향 상태가 된다. 이 상태에서, 강앵커링 배향막(16) 측에서는 액정 분자(Lp)가 강앵커링 배향막(16)에서의 배향 처리 방향(방향 X)을 따라서 배향되어 있다. 이에 비하여 도 6에 도시한 것과 같이 약앵커링 배향막(17) 측에서는, 전기장(E) 비인가 상태에서, 구동 전극층(15)에서 상호 인접하는 전극선(20B, 20B) 사이에 포지티브형 액정 분자(Lp)가 약앵커링 배향막(17) 측에서의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따라서 배향되어 있다.

액정층(18)에서 포지티브형 액정 분자(Lp)는 전기장(E)을 인가해도 강앵커링 배향막(16) 측에서는, 장축 방향이 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 X)을 따르는 초기 배향 상태를 유지한다. 한편 도 7에 도시한 것과 같이 약앵커링 배향막(17) 측에서는, 인가된 전기장(E)에 의해 액정 분자(Lp)는 기판(13B)에 평행한 면 내에서 배향 각도가 변위되고, 전기장 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때, 그 장축 방향이 전기장(E)에 평행한 방향, 즉 전극선(20B)에 직교하는 방향을 따른다.

이와 같은 구동 전극층(15)을 구비한 본 실시 형태의 액정 패널(11)에서도, 구동 전극층(15)에서 생성된 전기장(E)에 의해 배향 방향을 변위시킨 액정 분자(Lp)를, 전기장(E) 인가를 해제했을 때, 키랄제에 의해 부여된 복원력에 의해 나선상의 초기 배향 상태로 되돌림으로써 액정 분자(Lp) 구동을 고속화하는 것이 가능해진다. 이로써 액정 패널(11)의 표시 응답성을 높이는 것이 가능해진다. 또한 본 실시 형태에서는 약앵커링 배향막(17) 측의 액정 분자(Lp) 배향 방향이 전기장(E)에 평행해졌을 때, 액정 분자(Lp)의 배향 방향과 편광판(14B)의 투과축 방향이 완전히 일치하지 않기 때문에 제 1 실시 형태에 도시한 구성보다 최대 투과율은 약간 저하되지만, 종래의 IPS 방식의 액정 패널보다 높은 최대 투과율을 실현하는 것이 가능해진다.

<제 3 실시 형태>

다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 3 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한 이하 설명하는 제 3 실시 형태에서는 상기 제 1, 제 2 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 3 실시 형태에서는 상기 제 1, 제 2 실시 형태에 비하여 구동 전극층(15)의 전극선(20C) 배치가 다르다.

도 8은 제 3 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서 유전율 이방성이 정수인 액정을 사용하고, 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다. 도 9는 상기 제 3 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서 유전율 이방성이 양수인 액정을 사용하고, 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계의 다른 예를 도시한 도면이다.

도 8에 도시한 것과 같이 제 3 실시 형태에서 구동 전극층(15)은 기판(13A) 표면을 따라서 복수개의 전극선(20C)이 병설됨으로써 형성되어 있다. 여기에서 각 전극선(20C)은 각 화소에서, 기판(13A)을 따르는 방향 Y에 대하여 소정 각도 α만큼 경사진 제 1 경사부(20a)와 방향 Y에 대하여 소정 각도 -α만큼 경사진 제 2 경사부(20b)가, 장축 방향인 방향 Y에 있어서 연속된 < 형상을 이루고 있다. 구동 전극층(15)은, 이와 같은 전극선(20C)이 기판(13A)을 따르는 방향 Y에 직교하는 방향 X를 따라서 일정 간격마다 병설됨으로써 형성되어 있다.

이와 같은 구동 전극층(15)에서는 전기장(E) 비인가 상태에서 포지티브형 액정 분자(Lp)가 상호 인접하는 전극선(20C, 20C) 사이에, 강앵커링 배향막(16)에서의 배향 처리 방향(방향 X)을 따라서 배향되어 있다.

도 1에 도시한 것과 같이 액정층(18)에서는, 전기장(E) 비인가 상태에서 포지티브형 액정 분자(Lp)는 키랄제 첨가에 의해 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향하여 나선상으로 뒤틀린 초기 배향 상태가 된다. 이 상태에서 강앵커링 배향막(16) 측에서는, 액정 분자(Lp)는 강앵커링 배향막(16)에서의 배향 처리 방향(방향 X)을 따라서 배향되어 있다. 이에 비하여 도 8에 도시한 것과 같이 약앵커링 배향막(17) 측에서는, 전기장(E) 비인가 상태에서, 구동 전극층(15)에서 상호 인접하는 전극선(20B, 20B) 사이에 포지티브형 액정 분자(Lp)가 약앵커링 배향막(17) 측에서의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따라서 배향되어 있다.

액정층(18)에서 포지티브형 액정 분자(Lp)는 전기장(E)을 인가해도 강앵커링 배향막(16) 측에서는 장축 방향이 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 X)을 따르는 초기 배향 상태를 유지한다. 한편 도 9에 도시한 것과 같이 약앵커링 배향막(17) 측에서는 인가된 전기장(E)에 의해, 액정 분자(Lp)는 기판(13B)에 평행한 면 내에서 배향 각도가 변위되고 전기장(E) 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때, 그 장축 방향이 제 1 경사부(20a), 제 2 경사부(20b)에 직교하도록 배향된다. 구체적으로는 전기장(E)을 인가했을 때, 제 1 경사부(20a, 20a) 사이에서는 액정 분자(Lp)가 제 1 경사부(20a)에 직교하고, 제 2 경사부(20b, 20b) 사이에서는 액정 분자(Lp)가 제 2 경사부(20b)에 직교한다.

여기에서 구동 전극층(15)에 있어서 전극선(20C)은 각 화소에서 < 형상으로 굴곡되어 있다. 따라서 전기장(E)을 인가했을 때, 방향 X에 대하여 각도 α만큼 경사진 액정 분자(Lp)와 각도 -α만큼 경사진 액정 분자(Lp)가 혼재되어 화상을 형성한다. 그 결과, 패널 표면에 대하여 경사진 대각선 방향으로부터 액정 패널(11)을 봤을 경우의 화상 열화를 억제할 수 있다.

이와 같은 구동 전극층(15)을 구비한 본 실시 형태의 액정 패널(11)에서도, 구동 전극층(15)에서 생성된 전기장(E)에 의해 배향 방향을 변위시킨 액정 분자(Lp)를, 전기장(E) 인가를 해제했을 때, 키랄제에 의해 부여된 복원력에 의해 나선상의 초기 배향 상태로 되돌림으로써 액정 분자(Lp)의 구동을 고속화하는 것이 가능해진다. 이로써 액정 패널(11)의 표시 응답성을 높이는 것이 가능해진다. 또한 본 실시 형태에서는 약앵커링 배향막(17) 측의 액정 분자(Lp) 배향 방향이 전기장(E)에 평행해졌을 때, 액정 분자(Lp)의 배향 방향과 편광판(14B)의 투과축 방향이 완전히 일치하지 않기 때문에 제 1 실시 형태에 도시한 구성보다 최대 투과율은 약간 저하되지만, 종래의 IPS 방식의 액정 패널보다 높은 최대 투과율을 실현하는 것이 가능해진다.

<제 4 실시 형태>

다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 4 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한 이하 설명하는 제 4 실시 형태에서는, 상기 제 1 ~ 제 3 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 4 실시 형태에서는 상기 제 1 실시 형태와 동일한 구동 전극층(15)을 구비하고, 네거티브형 액정 분자(Ln)를 구동한다.

도 10은 본 발명의 제 4 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 도 11은 상기 제 4 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 액정 분자의 배향 방향 분포를 도시한 도면이다. 도 12는 상기 제 4 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다. 도 13은 상기 제 4 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다.

도 10, 도 11에 도시한 것과 같이 실시 형태에서 편광판(14A)과 편광판(14B)은 평행 니콜로 배치되고, 편광판(14A) 및 편광판(14B)의 투과축 방향이 각각 방향 Y를 따르도록 설정되어 있다.

구동 전극층(15)은 기판(13A) 표면을 따라서 복수개의 전극선(20A)이 병설됨으로써 형성되어 있다. 도 12, 도 13에 도시한 것과 같이 각 전극선(20A)은 그 장축 방향이, 예를 들면 기판(13A) 표면에 평행한 면 내에서 방향 Y를 따라서 연장되도록 직선상으로 형성되어 있다. 구동 전극층(15)은 이와 같은 전극선(20A)이 기판(13A) 표면에 평행한 면 내에서 방향 Y에 직교하는 방향 X를 따라서 일정 간격마다 병설되어 있다.

액정층(18)의 액정 분자(Ln)는 유전율 이방성이 음수이고, 유전적 성질이 장축 방향으로 작고 장축 방향에 직교하는 방향으로 큰 네거티브형이다.

도 10에 도시한 것과 같이 네거티브형 액정 분자(Ln)를 사용하는 경우, 전기장(E) 비인가 상태에서 액정 분자(Ln)의 배향 방향을 규제하기 위한 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향을, 각 전극선(20A)의 장축 방향과 평행한 방향(도 10에서는 방향 Y)으로 한다. 또한 약앵커링 배향막(17)의 배향 처리 방향을, 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향에 직교하는 방향(도 10에서는 방향 X)으로 한다.

또한 액정층(18)에는, 전기장(E) 비인가 상태에서 액정 분자(Ln)를 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향하여 나선상으로 배향(초기 배향 상태)시키는 한편 전기장(E) 인가를 해제했을 때에 나선상의 초기 배향 상태로 복원시키는 복원력을 부여하는 키랄제가 첨가되어 있다.

이로써 도 10에 도시한 것과 같이 액정층(18)의 네거티브형 액정 분자(Ln)는, 강앵커링 배향막(16) 측에서는 그 장축 방향을 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(도 10에서는 방향 Y)에 거의 일치시켜서 배향되어 있다. 한편 약앵커링 배향막(17) 측에서는, 그 장축 방향을 약앵커링 배향막(17)의 배향 처리 방향(도 10에서는 방향 X)에 거의 일치시켜서 배향되어 있다.

그러면 본 실시 형태의 액정 디스플레이(10)는, 전기장(E) 비인가 상태에서는 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은 액정 분자(Ln)의 배향 방향 분포를 따라서 편광면이 변화되고, 거의 모든 빛이 반대측 편광판(14B)에 흡수된다.

도 11에 도시한 것과 같이 네거티브형 액정 분자(Ln)는 전기장(E)을 인가해도 상기한 것과 같이 강앵커링 배향막(16) 측에 있어서는, 장축 방향이 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향을 따르는 초기 배향 상태(방향 Y)를 유지한다. 한편 도 11, 도 13에 도시한 것과 같이 약앵커링 배향막(17) 측에서는, 인가된 전기장(E)에 의해 액정 분자(Ln)는 기판(13B)에 평행한 면 내에서 배향 각도가 변위되고, 전기장 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때, 그 장축 방향이 전기장(E)에 직교하는 방향, 즉 기판(13B)에 평행한 방향 Y를 따른다. 이와 같이 해서 전기장(E)을 인가한 상태에서는, 인가 전기장(E)의 크기가 커짐에 따라서 약앵커링 배향막(17) 근방의 액정 분자(Ln)의 초기 배향 상태에 대한 배향 방향 변위량이 점차 커진다. 더욱이 일정 값 이상의 전기장을 인가했을 때, 약앵커링 배향막(17) 측에서 액정 분자(Ln)의 배향 방향(방향 Y)은 전기장(E)과 직교하는 방향이 되고, 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향하여 액정층(18)의 액정 분자(Ln)의 배향 방향이 동일해진다. 이로써 백라이트 유닛(12) 측으로부터의 빛이 액정 패널(11)을 투과하게 된다.

또한 전기장(E)을 인가한 상태로부터 전기장(E) 인가를 정지하면 액정층(18)의 액정 분자(Ln)는, 키랄제에 의해 부여된 복원력에 의해 액정 분자(Ln)의 배향 방향이 도 10에 도시한 것과 같은 나선상의 초기 배향 상태로 돌아간다. 즉, 강앵커링 배향막(16) 측에서는, 액정 분자(Ln)의 장축 방향이 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(도 10에서는 방향 Y)을 따르는 상태를 유지한다. 이에 비하여 액정층(18)의 약앵커링 배향막(17) 측에서는, 액정 분자(Ln)의 장축 방향이 약앵커링 배향막(17)의 배향 처리 방향(도 10에서는 방향 X)을 따르도록 배향 방향이 변위된다. 이로써 액정 분자(Ln)는, 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향하여 장축 방향의 배향 각도 변위량이 점차 커지고, 나선상으로 뒤틀린 초기 배향 상태로 돌아간다.

이와 같은 구동 전극층(15)을 구비하는 본 실시 형태의 액정 패널(11)에서도, 구동 전극층(15)에서 생성한 전기장(E)에 의해 배향 방향을 변위시킨 액정 분자(Ln)를, 키랄제에 의해 부여되는 복원력에 의해 초기 배향 상태로 복원시킴으로써 액정 분자(Ln)의 구동을 고속화하는 것이 가능해진다. 이로써 액정 패널(11)의 표시 응답성을 높이는 것이 가능해진다. 또한 액정 분자(Ln)를 초기 상태로 되돌리기 위해서 별도 전극 등을 설치할 필요도 없고, 소비 전력을 억제하면서 간이한 구성으로 할 수 있다.

<제 5 실시 형태>

다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 5 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한 이하 설명하는 제 5 실시 형태에서는, 상기 제 1 ~ 제 4 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 5 실시 형태에서는 상기 제 2 실시 형태와 동일한 구동 전극층(15)을 구비하고 네거티브형 액정 분자(Ln)를 구동한다.

도 14는 제 5 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고, 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다. 도 15는 상기 제 5 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고, 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 제 1 배항막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계의 다른 예를 도시한 도면이다.

본 실시 형태에서, 일방 편광판(14A), 편광판(14B)의 투과축 방향은 상기 제 4 실시 형태와 마찬가지로 각각 방향 Y를 따르도록 설정되어 있다.

도 14에 도시한 것과 같이 구동 전극층(15)은 기판(13A) 표면을 따라서 복수개의 전극선(20B)이 병설됨으로써 형성되어 있다. 각 전극선(20B)은 그 장축 방향을, 예를 들면 기판(13A)을 따르는 방향 Y에 대하여 경사지게 형성되어 있다. 구동 전극층(15)은 이와 같은 전극선(20B)이 기판(13A)을 따르는 방향 Y에 직교하는 방향 X를 따라서 일정 간격마다 병설됨으로써 형성되어 있다.

도 10에 도시한 것과 같이 액정층(18)에서는 전기장(E) 비인가 상태에서, 액정 분자(Ln)는 키랄제 첨가에 의해 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향하여 나선상으로 뒤틀린 초기 배향 상태가 된다. 이 상태에서 강앵커링 배향막(16) 측에서는, 액정 분자(Ln)가 강앵커링 배향막(16)에서의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따라서 배향되어 있다. 이에 비하여 도 14에 도시한 것과 같이 전기장(E) 비인가 상태에서 약앵커링 배향막(17) 측에서는, 구동 전극층(15)에서 상호 인접하는 전극선(20B, 20B) 사이에서, 네거티브형 액정 분자(Ln)는 약앵커링 배향막(17) 측에서의 배향 처리 방향(방향 X)을 따라서 배향되어 있다.

액정층(18)에서, 네거티브형 액정 분자(Ln)는, 전기장(E)을 인가해도 강앵커링 배향막(16) 측에서는 액정 분자(Ln)의 장축 방향이 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따르는 초기 배향 상태를 유지한다. 한편 도 15에 도시한 것과 같이 약앵커링 배향막(17) 측에서는, 액정 분자(Ln)는 인가된 전기장(E)에 의해 기판(13B)에 평행한 면 내에서 배향 각도가 변위되고, 전기장 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때, 그 장축 방향이 전기장(E)에 직교하는 방향, 즉 전극선(20B)에 평행한 방향을 따른다.

이와 같은 구동 전극층(15)을 구비하는 본 실시 형태의 액정 패널(11)에서도, 구동 전극층(15)에서 생성된 전기장(E)에 의해 배향 방향을 변위시킨 액정 분자(Ln)를, 키랄제에 의해 부여되는 복원력에 의해 초기 배향 상태로 복원시킴으로써, 액정 분자(Ln)의 구동을 고속화하는 것이 가능해진다. 이로써 액정 패널(11)의 표시 응답성을 높이는 것이 가능해진다. 또한 액정 분자(Ln)를 초기 상태로 되돌리기 위해서 별도 전극 등을 설치할 필요도 없고 소비 전력을 억제하면서 간이한 구성으로 할 수 있다. 또한 본 실시 형태에서는 약앵커링 배향막(17) 측의 액정 분자(Ln)의 배향 방향이 전기장(E)에 수직이 되었을 때, 액정 분자(Ln)의 배향 방향과 편광판(14B)의 투과축 방향이 완전히 일치하지 않기 때문에 제 4 실시 형태에서 도시한 구성보다 최대 투과율은 약간 저하되지만, 종래의 IPS 방식의 액정 패널보다 높은 최대 투과율을 실현하는 것이 가능해진다.

<제 6 실시 형태>

다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 6 실시 형태에 대하여 설명한다. 또한 이하 설명하는 제 6 실시 형태에서는, 상기 제 1 ~ 제 5 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 6 실시 형태에서는, 상기 제 3 실시 형태와 동일한 구동 전극층(15)을 구비하고, 네거티브형 액정 분자(Ln)를 구동한다.

도 16은 제 6 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고, 전기장을 인가하지 않은 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계를 도시한 도면이다. 도 17은 상기 제 6 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의 액정 패널에 있어서, 유전율 이방성이 음수인 액정을 사용하고, 전기장을 인가한 상태에서 전극선과 제 1 배향막 근방의 액정 분자 배향 방향의 관계의 다른 예를 도시한 도면이다.

본 실시 형태에서, 일방 편광판(14A), 편광판(14B)의 투과축 방향은 상기 제 4 실시 형태와 동일하게 각각 방향 Y를 따르도록 설정되어 있다.

도 16에 도시한 것과 같이 구동 전극층(15)은 기판(13A) 표면을 따라서 복수개의 전극선(20C)이 병설됨으로써 형성되어 있다. 각 전극선(20C)은, 각 화소에서 기판(13A)을 따르는 방향 Y에 대하여 소정 각도 α만큼 경사진 제 1 경사부(20a)와 방향 Y에 대하여 소정 각도 -α만큼 경사진 제 2 경사부(20b)가, 장축 방향인 방향 Y에 있어서 연속된 < 형상을 이루고 있다. 구동 전극층(15)은, 이와 같은 전극선(20C)이 기판(13A)을 따르는 방향 Y에 직교하는 방향 X를 따라서 일정 간격마다 병설됨으로써 형성되어 있다.

도 10에 도시한 것과 같이 액정층(18)에서는 전기장(E) 비인가 상태에서, 액정 분자(Ln)는 키랄제 첨가에 의해 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향하여 나선상으로 뒤틀린 초기 배향 상태가 된다. 이 상태에서 강앵커링 배향막(16) 측에서는, 액정 분자(Ln)가 강앵커링 배향막(16)에서의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따라서 배향되어 있다. 이에 비하여 도 16에 도시한 것과 같이 전기장(E) 비인가 상태에서 약앵커링 배향막(17) 측에서는, 구동 전극층(15)에서 상호 인접하는 전극선(20B, 20B) 사이에서, 네거티브형 액정 분자(Ln)는 약앵커링 배향막(17) 측에서의 배향 처리 방향(방향 X)을 따라서 배향되어 있다.

액정층(18)에서, 네거티브형 액정 분자(Ln)는, 전기장(E)을 인가해도 강앵커링 배향막(16) 측에서는 액정 분자(Ln)의 장축 방향이 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따르는 초기 배향 상태를 유지한다. 한편 도 17에 도시한 것과 같이 약앵커링 배향막(17) 측에서는, 액정 분자(Ln)는 인가된 전기장(E)에 의해 기판(13B)에 평행한 면 내에서 배향 각도가 변위되고, 전기장 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때, 그 장축 방향이 제 1 경사부(20a), 제 2 경사부(20b)에 평행해지도록 배향된다. 구체적으로는 전기장(E)을 인가했을 때, 제 1 경사부(20a, 20a) 사이에서는 액정 분자(Ln)는 제 1 경사부(20a)에 평행해지고, 제 2 경사부(20b, 20b) 사이에서는 액정 분자(Ln)는 제 2 경사부(20b)에 평행해진다.

여기서 구동 전극층(15)에서 전극선(20C)은 각 화소에서 < 형상으로 굴곡되어 있다. 따라서 전기장(E)을 인가했을 때, 서로 다른 2종류의 각도로 경사진 액정 분자(Ln)가 혼재되어 화상을 형성한다. 그 결과, 패널 표면에 대하여 경사진 대각선 방향으로부터 액정 패널(11)을 본 경우의 화상 열화를 억제할 수 있다.

이와 같은 구동 전극층(15)을 구비하는 본 실시 형태의 액정 패널(11)에서도, 구동 전극층(15)에서 생성된 전기장(E)에 의해 배향 방향을 변위시킨 액정 분자(Ln)를, 키랄제에 의해 부여되는 복원력에 의해 초기 배향 상태로 복원시킴으로써, 액정 분자(Ln)의 구동을 고속화하는 것이 가능해진다. 이로써 액정 패널(11)의 표시 응답성을 높이는 것이 가능해진다. 또한 액정 분자(Ln)를 초기 상태로 되돌리기 위해서 별도 전극 등을 설치할 필요도 없고, 소비 전력을 억제하면서 간이한 구성으로 할 수 있다.

또한 본 실시 형태에서는 약앵커링 배향막(17) 측의 액정 분자(Ln)의 배향 방향이 전기장(E)에 수직이 되었을 때, 액정 분자(Ln)의 배향 방향과 편광판(14B)의 투과축 방향이 완전히 일치하지 않기 때문에 제 4 실시 형태에서 도시한 구성보다 최대 투과율은 약간 저하되지만, 종래의 IPS 방식의 액정 패널보다 높은 최대 투과율을 실현하는 것이 가능해진다.

<제 7 실시 형태>

다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 7 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한 이하에 설명하는 제 7 실시 형태에서는, 상기 각 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 7 실시 형태에서는 상기 제 1 실시 형태에 대하여 편광판(14B)의 투과축 방향이 다르다.

도 18(a)는 제 7 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가하지 않은 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 18(b)는 제 7 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가한 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 도 18(a), (b)에서는 편광판(14A, 14B), 강앵커링 배향막(16) 및 약앵커링 배향막(17)의 우측에, 각 부재의 투과축 방향과 배향 방향을 의미하는 방향을 도시하고 있다. 후술하는 도 19 ~ 25에서도 동일하다. 제 1 실시 형태에서는 편광판(14B)의 투과축 방향은 방향 X였지만, 제 7 실시 형태에서는 방향 Y로 설정되어 있다. 이로써 편광판(14A, 14B)은 그 투과축 방향이 서로 수직으로, 즉 직교 니콜이 되도록 배치되어 있다.

이와 같은 구성에서, 전기장(E) 비인가 상태에서는 도 18(a)에 도시한 것과 같이 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은, 액정층(18)에서 포지티브형 액정 분자(Lp)의 배향 방향의 나선상 분포를 따라서 편광면이 변화되기 때문에 투과축 방향이 편광판(14A)과 직교하고 있는 반대측 편광판(14B)을 투과한다.

또한 도 18(b)에 도시한 것과 같이 문턱값 이상의 소정의 전기장(E)이 액정 패널(11)에 인가되면 인가 전기장(E)의 크기가 커짐에 따라서 약앵커링 배향막(17) 근방의 액정 분자(Lp)의 초기 배향 방향에 대한 배향 방향의 변위량이 점차 커진다. 인가되는 전기장(E)의 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때 액정층(18)의 액정 분자(Lp)는, 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(도 18에서는 방향 X)을 따르는 동일 배향 상태로 전이된다. 이로써 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은, 편광면이 변화되지 않는 상태로 편광판(14B)에 도달한다. 여기서 편광판(14B)의 투과축 방향은 편광판(14A)과 직교되어 있기 때문에 빛은 편광판(14B)에 흡수된다.

전기장(E)을 인가한 상태로부터 전기장(E) 인가를 정지하면 키랄제에 의해 부여된 복원력(탄성력)에 의해 액정 분자(Lp)의 배향 방향이, 도 18(a)에 도시한 것과 같은 나선상의 초기 배향 상태로 돌아가기 때문에 편광판(14A)을 통과한 빛은 반대측 편광판(14B)을 투과한다.

이와 같이 편광판(14A, 14B)을 직교 니콜이 되도록 배치함으로써, 상기 제 1 ~ 제 6 실시 형태에서 설명한 것과 같은, 전압 비인가 시에 표시가 어둡고 전압 인가 시에 밝아지는, 이른바 normaly black형 액정 패널(11)과는 다르게, 전압 비인가 시에 표시가 밝고 전압 인가 시에 어두워지는, 이른바 normaly white형으로서 액정 패널(11)을 구성할 수 있다.

상기 제 1 실시 형태에서 설명한 것과 같은 액정 패널(11)에서는, 일방의 배향막이 약앵커링 배향막(17)으로 되어 있고, 전기장(E)을 인가하지 않은 상태에서의 약앵커링 배향막(17) 측의 액정 분자의, 강앵커링 배향막(16) 측의 액정 분자에 대한 배향 방향은, 키랄제에 의한, 나선상으로 뒤틀린 배향 상태를 유지하려고 하는 트위스트 탄성력에 의해, 기본적으로 90° 트위스트 되도록 유지되고 있다. 그러나 이 트위스트 탄성력은, 온도에 의해 미묘한 영향을 받기 때문에 항상 90°로 한정되지 않고 미묘하게 변동된다.

여기서 인간의 눈은 흑색의 휘도 변화에 민감한 한편 밝은 색이 다소 어두워졌다고 하더라도 인식하기 어려운 경향이 있다. 즉, 전기장(E)을 인가하지 않은 경우에 어두운 normaly black형 액정 패널(11)의 경우에는, 예를 들면 빛에 따라서 액정 패널(11)에 출력되는 흑색 휘도가 미묘하게 다르기 때문에 인간의 눈에 그 휘도 변화가 인식되기 쉽지만, 전기장(E)을 인가하지 않은 경우에 밝은 normaly white형의 액정 패널(11)의 경우에는 휘도 변화가 인간의 눈에 인식되기 어렵다. 이로써 상기 제 1 실시 형태로서 도시한 normaly black형 액정 패널(11)보다 인간의 눈에 더욱 자연스럽게 비치는 normaly white형 액정 패널(11)을 제공하는 것이 가능해진다.

또한 제 7 실시 형태가 상기 제 1 실시 형태와 동일한 효과를 나타내는 것은 말할 것도 없다.

<제 8 실시 형태>

다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 8 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한 이하에 설명하는 제 8 실시 형태에서는, 상기 각 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 8 실시 형태에서는 상기 제 4 실시 형태에 대하여 편광판(14B)의 투과축 방향이 다르다.

도 19(a)는 제 8 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가하지 않은 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 19(b)는 제 8 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가한 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 제 4 실시 형태에서는 편광판(14B)의 투과축 방향은 방향 Y였지만, 제 8 실시 형태에서는 방향 X로 설정되어 있다. 이로써 편광판(14A, 14B)은 그 투과축 방향이 서로 수직으로, 즉 직교 니콜이 되도록 배치되어 있다.

이와 같은 구성에서, 전기장(E) 비인가 상태에서는 도 19(a)에 도시한 것과 같이 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은, 액정층(18)에서 네거티브형 액정 분자(Ln)의 배향 방향의 나선상 분포를 따라서 편광면이 변화되기 때문에 투과축 방향이 편광판(14A)과 직교하고 있는 반대측 편광판(14B)을 투과한다.

또한 도 19(b)에 도시한 것과 같이 문턱값 이상의 소정의 전기장(E)이 액정 패널(11)에 인가되면 인가 전기장(E)의 크기가 커짐에 따라서 약앵커링 배향막(17) 근방의 액정 분자(Ln)의 초기 배향 방향에 대한 배향 방향의 변위량이 점차 커진다. 인가되는 전기장(E)의 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때 액정층(18)의 액정 분자(Ln)는, 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(도 19에서는 방향 Y)을 따르는 동일 배향 상태로 전이된다. 이로써 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은, 편광면이 변화되지 않는 상태로 편광판(14B)에 도달한다. 여기서 편광판(14B)의 투과축 방향은 편광판(14A)과 직교되어 있기 때문에 빛은 편광판(14B)에 흡수된다.

전기장(E)을 인가한 상태로부터 전기장(E) 인가를 정지하면 키랄제에 의해 부여된 복원력(탄성력)에 의해 액정 분자(Ln)의 배향 방향이, 도 19(a)에 도시한 것과 같은 나선상의 초기 배향 상태로 돌아가기 때문에 편광판(14A)을 통과한 빛은 반대측 편광판(14B)을 투과한다.

이와 같이 제 8 실시 형태에서는 상기 제 7 실시 형태와 동일하게 normaly white형으로서 구성되어 있다.

또한 전기장(E)은 실제로는 도 18에 그려진 것과 같이 전극선(20)으로부터 대략 방사상으로 발생된다. 액정은 전기장(E)을 따르도록 변위되기 때문에 유전적 성질이 액정 분자의 장축 방향으로 큰 포지티브형 액정의 경우, 특히 전극선(20)으로부터 떨어진 위치에서는 연직 방향으로 기울어지도록 변위되는 경향이 있다. 한편 네거티브형 액정의 경우는 유전적 성질이 액정 분자의 장축 방향으로 작고 장축 방향에 직교하는 방향으로 크기 때문에 전극선(20)으로부터 떨어진 위치에서도, 액정이 장축 방향의 중심선을 중심으로서 회전하도록 변위되고, 결과로서 연직 방향으로 기울어지도록 변위되기 어렵다.

상기 효과가 상승하여 네거티브형 액정을 사용한 제 8 실시 형태는, 상기 제 7 실시 형태 이상으로 인간의 눈에 더욱 자연스럽게 비치는 액정 패널(11)을 제공하는 것이 가능해진다.

또한 제 8 실시 형태가 상기 제 4 실시 형태와 동일한 효과를 나타내는 것은 말할 것도 없다.

<제 9 실시 형태>

다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 9 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한 이하에 설명하는 제 9 실시 형태에서는, 상기 각 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 9 실시 형태에서는 상기 제 1 실시 형태에 대하여 강앵커링 배향막(16) 및 약앵커링 배향막(17)의 위치가 바뀌었다.

도 20(a)는 제 9 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가하지 않은 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 20(b)는 제 9 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가한 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 제 9 실시 형태에서는 기판(제 1 기판, 13B)이 백라이트(12) 측에, 기판(제 2 기판, 13A)이 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 위치하고 있다.

편광판(제 1 편광판, 14B)은, 백라이트 유닛(12) 측에 배치된 기판(13B)에서 백라이트 유닛(12)에 대향되는 측에 설치되어 있다.

편광판(제 2 편광판, 14A)은, 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 배치된 기판(13A)에서 백라이트 유닛(12)과는 반대측에 설치되어 있다.

이들 편광판(14A, 14B)은 그 투과축 방향이 서로 직교되도록 배치되어 있다. 예를 들면 일방 편광판(14B)의 투과축 방향은 방향 Y로, 타방 편광판(14A)의 투과축 방향은 방향 X로 각각 설정되어 있다.

구동 전극층(15)은 백라이트 유닛(12) 측의 기판(13B)에서 백라이트 유닛(12)의 반대측에 설치되어 있다.

강앵커링 배향막(제 2 배향막, 16)은 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측의 기판(13A)에서, 백라이트 유닛(12)에 대향되는 측에 형성되어 있다. 강앵커링 배향막(16)은, 액정층(18)의 포지티브형 액정 분자(Lp)의 장축 방향이 방향 X에 거의 일치되도록 초기 배향 방향이 설정되어 있다.

약앵커링 배향막(제 1 배향막, 17)은 백라이트 유닛(12) 측의 기판(13B)에서, 백라이트 유닛(12)의 반대측에 형성되어 있다. 약앵커링 배향막(17)은, 액정층(18)의 액정 분자(Lp)의 장축 방향이 방향 Y에 거의 일치되도록 초기 배향 방향이 설정되어 있다.

도 20(a)에 도시한 것과 같이 액정층(18)에서는, 전기장(E) 비인가 상태에서 포지티브형 액정 분자(Lp)는 키랄제 첨가에 의해 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향해서 나선상으로 뒤틀린 초기 배향 상태가 된다. 이 상태에서 강앵커링 배향막(16) 측에서는, 액정 분자(Lp)는 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 X)을 따라서 배향되어 있다. 이에 비해서 도 20(a)에 도시한 것과 같이 전기장(E) 비인가 상태에서, 약앵커링 배향막(17) 측에서는 구동 전극층(15)에서 서로 인접하는 전극선(20, 20) 사이에서 포지티브형 액정 분자(Lp)는, 약앵커링 배향막(17) 측의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따라서 배향되어 있다.

이와 같은 구성에서 전기장(E) 비인가 상태에서는 도 20(a)에 도시한 것과 같이 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14B)을 통과한 빛은 액정층(18) 내로 유도되고, 더욱이 액정층(18)에서 액정 분자(Lp)의 배향 방향의 나선상 분포를 따라서 편광면이 변화되기 때문에 투과축 방향이 편광판(14B)과 직교하고 있는 반대측 편광판(14A)을 투과한다.

또한 도 20(b)에 도시한 것과 같이 문턱값 이상의 소정의 전기장(E)이 액정 패널(11)에 인가되면 인가 전기장(E)의 크기가 커짐에 따라서 약앵커링 배향막(17) 근방의 액정 분자(Lp)의 초기 배향 방향에 대한 배향 방향의 변위량이 점차 커진다. 인가되는 전기장(E) 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때 액정층(18)의 액정 분자(Lp)는, 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(도 20에서는 방향 X)을 따르는 동일 배향 상태로 전이된다. 이로써 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14B)을 통과한 빛은, 편광면이 변화되지 않은 상태로 편광판(14A)에 도달한다. 여기서 편광판(14A)의 투과축 방향은 편광판(14B)과 직교되어 있기 때문에 빛은 편광판(14A)에 흡수된다.

전기장(E)을 인가한 상태로부터 전기장(E) 인가를 정지하면 키랄제에 의해 부여된 복원력(탄성력)에 의해 액정 분자(Lp)의 배향 방향이 도 20(a)에 도시한 것과 같은 나선상의 초기 배향 상태로 돌아가기 때문에 편광판(14B)을 통과한 빛은 반대측 편광판(14A)을 투과한다.

이와 같이 제 9 실시 형태에서는 상기 제 7, 제 8 실시 형태와 동일하게 normaly white형으로서 구성되어 있다.

또한 도 18(b)를 가지고 설명한 것과 같이 전기장(E)은 전극선(20)으로부터 대략 방사상으로 발생된다. 따라서 전기장(E)은 전극선(20)에 가까운 위치일수록 기판(13B)에 평행에 가깝게, 또한 전극선(20)으로부터 멀어질수록 연직 방향으로 일어나도록 작용한다. 여기서 제 9 실시 형태에서는 액정 분자(Lp)의 배향 방향이 변위되는 약앵커링 배향막(17)이 전극선(20) 측에 형성되어 있다. 따라서 전극선(20)으로부터 떨어진 위치에 약앵커링 배향막(17)을 형성한 경우에 비교하면, 액정 분자(Lp)가 연직 방향으로 기울어지도록 변위되는 일이 적어진다.

상기 효과가 상승하여 상기 제 1 및 제 7 실시 형태 이상으로 인간의 눈에 더욱 자연스럽게 비치는 액정 패널(11)을 제공하는 것이 가능해진다.

또한 제 9 실시 형태가, 상기 제 1 및 제 7 실시 형태와 동일한 효과를 나타내는 것은 말할 것도 없다.

<제 10 실시 형태>

다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 10 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한 이하에 설명하는 제 10 실시 형태에서는, 상기 각 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 10 실시 형태에서는 상기 제 4 실시 형태에 대하여 상기 제 9 실시 형태와 동일하게 강앵커링 배향막(16) 및 약앵커링 배향막(17)의 위치가 바뀌었다.

도 21(a)는 제 10 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가하지 않은 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 21(b)는 제 10 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가한 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 제 10 실시 형태에서는 기판(제 1 기판, 13B)이 백라이트(12) 측에, 기판(제 2 기판, 13A)이 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 위치하고 있다.

편광판(제 1 편광판, 14B), 편광판(제 2 편광판, 14A), 구동 전극층(15), 강앵커링 배향막(제 2 배향막, 16), 약앵커링 배향막(제 1 배향막, 17)은 상기 제 9 실시 형태와 동일하게 설치되어 있다.

편광판(14A, 14B)은 그 투과축 방향이 서로 직교되도록 배치되어 있다. 여기서는 상기 제 9 실시 형태와는 달리 일방 편광판(14B)의 투과축 방향은 방향 X로, 타방 편광판(14A)의 투과축 방향은 방향 Y로 각각 설정되어 있다.

강앵커링 배향막(16) 및 약앵커링 배향막(17)은 상기 제 9 실시 형태와는 달리 액정층(18)의 네거티브형 액정 분자(Ln)의 장축 방향이 각각 방향 Y, 방향 X에 거의 일치되도록 초기 배향 방향이 설정되어 있다.

도 21(a)에 도시한 것과 같이 액정층(18)에서는, 전기장(E) 비인가 상태에서 네거티브형 액정 분자(Ln)는 키랄제 첨가에 의해 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향해서 나선상으로 뒤틀린 초기 배향 상태가 된다. 이 상태에서 강앵커링 배향막(16) 측에서는, 액정 분자(Ln)는 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따라서 배향되어 있다. 이에 비해서 도 21(a)에 도시한 것과 같이 전기장(E) 비인가 상태에서, 약앵커링 배향막(17) 측에서는 구동 전극층(15)에서 서로 인접하는 전극선(20, 20) 사이에서 네거티브형 액정 분자(Ln)는, 약앵커링 배향막(17) 측의 배향 처리 방향(방향 X)을 따라서 배향되어 있다.

이와 같은 구성에서 전기장(E) 비인가 상태에서는 도 21(a)에 도시한 것과 같이 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14B)을 통과한 빛은 액정층(18) 내로 유도되고, 더욱이 액정층(18)에서 액정 분자(Ln)의 배향 방향의 나선상 분포를 따라서 편광면이 변화되기 때문에 투과축 방향이 편광판(14B)과 직교되어 있는 반대측 편광판(14A)을 투과한다.

또한 도 21(b)에 도시한 것과 같이 문턱값 이상의 소정의 전기장(E)이 액정 패널(11)에 인가되면 인가 전기장(E)의 크기가 커짐에 따라서 약앵커링 배향막(17) 근방의 액정 분자(Ln)의 초기 배향 방향에 대한 배향 방향의 변위량이 점차 커진다. 인가되는 전기장(E) 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때 액정층(18)의 액정 분자(Ln)는, 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(도 21에서는 방향 Y)을 따르는 동일 배향 상태로 전이된다. 이로써 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14B)을 통과한 빛은, 편광면이 변화되지 않은 상태로 편광판(14A)에 도달한다. 여기서 편광판(14A)의 투과축 방향은 편광판(14B)과 직교되어 있기 때문에 빛은 편광판(14A)에 흡수된다.

전기장(E)을 인가한 상태로부터 전기장(E) 인가를 정지하면 액정층(18)의 액정 분자(Ln)는, 키랄제에 의해 부여된 복원력(탄성력)에 의해 액정 분자(Lp)의 배향 방향이 도 21(a)에 도시한 것과 같은 나선상의 초기 배향 상태로 돌아가기 때문에 편광판(14B)을 통과한 빛은 반대측 편광판(14A)을 투과한다.

이와 같이 제 10 실시 형태에서는 상기 제 7 ~ 제 9 실시 형태와 동일하게 normaly white형으로서 구성되어 있다.

또한 액정 분자(Ln)의 배향 방향이 변위되는 약앵커링 배향막(17)이 전극선(20) 측에 형성되어 있고, 또한 액정 분자(Ln)는 네거티브형이기 때문에 상기 제 8, 제 9 실시 형태의 각각에서 설명한 것과 같이 액정 분자(Ln)가 연직 방향으로 기울어지도록 변위되는 일이 적어진다.

상기 효과가 상승하여 상기 제 7 ~ 제 9 실시 형태 이상으로 인간의 눈에 더욱 자연스럽게 비치는 액정 패널(11)을 제공하는 것이 가능해진다.

또한 제 10 실시 형태가, 상기 제 4 실시 형태와 동일한 효과를 나타내는 것은 말할 것도 없다.

<제 11 실시 형태>

다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 11 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한 이하에 설명하는 제 11 실시 형태에서는, 상기 각 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 11 실시 형태에서는 상기 제 7 실시 형태의, 액정 패널(11)이 상하 방향으로 반전된 구조를 구비하고 있다.

도 22(a)는 제 11 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가하지 않은 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 22(b)는 제 11 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가한 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 제 11 실시 형태에서는 기판(제 1 기판, 13B)이 백라이트(12) 측에, 기판(제 2 기판, 13A)이 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 위치하고 있다.

구동 전극층(15)은 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측의 기판(13A)에서 백라이트 유닛(12)에 대향하는 측에 설치되어 있다.

약앵커링 배향막(제 1 배향막, 17)은 백라이트 유닛(12) 측의 기판(13B)에서, 백라이트 유닛(12)과는 반대측에 형성되어 있다. 약앵커링 배향막(17)은, 액정층(18)의 액정 분자(Lp)의 장축 방향이 방향 Y에 거의 일치되도록 초기 배향 방향이 설정되어 있다.

도 22(a)에 도시한 것과 같이 액정층(18)에서는, 전기장(E) 비인가 상태에서 포지티브형 액정 분자(Lp)는 키랄제 첨가에 의해 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향해서 나선상으로 뒤틀린 초기 배향 상태가 된다. 이 상태에서 강앵커링 배향막(16) 측에서는, 액정 분자(Lp)는 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 X)을 따라서 배향되어 있다. 이에 비해서 도 22(a)에 도시한 것과 같이 전기장(E) 비인가 상태에서, 약앵커링 배향막(17) 측에서는 구동 전극층(15)에서 서로 인접하는 전극선(20, 20) 사이에서 포지티브형 액정 분자(Lp)는, 약앵커링 배향막(17) 측의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따라서 배향되어 있다.

이와 같은 구성에서 전기장(E) 비인가 상태에서는 도 22(a)에 도시한 것과 같이 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14B)을 통과한 빛은 액정층(18)에서 액정 분자(Lp)의 배향 방향의 나선상 분포를 따라서 편광면이 변화되기 때문에 투과축 방향이 편광판(14B)과 직교되어 있는 반대측 편광판(14A)을 투과한다.

또한 도 22(b)에 도시한 것과 같이 문턱값 이상의 소정의 전기장(E)이 액정 패널(11)에 인가되면 인가 전기장(E)의 크기가 커짐에 따라서 약앵커링 배향막(17) 근방의 액정 분자(Lp)의 초기 배향 방향에 대한 배향 방향의 변위량이 점차 커진다. 인가되는 전기장(E) 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때 액정층(18)의 액정 분자(Lp)는, 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(도 22에서는 방향 X)을 따르는 동일 배향 상태로 전이된다. 이로써 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14B)을 통과한 빛은, 편광면이 변화되지 않은 상태로 편광판(14A)에 도달한다. 여기서 편광판(14A)의 투과축 방향은 편광판(14B)과 직교되어 있기 때문에 빛은 편광판(14A)에 흡수된다.

전기장(E)을 인가한 상태로부터 전기장(E) 인가를 정지하면 키랄제에 의해 부여된 복원력(탄성력)에 의해 액정 분자(Lp)의 배향 방향이 도 22(a)에 도시한 것과 같은 나선상의 초기 배향 상태로 돌아가기 때문에 편광판(14B)을 통과한 빛은 반대측 편광판(14A)을 투과한다.

제 11 실시 형태가 상기 제 7 실시 형태와 동일한 효과를 나타내는 것은 말할 것도 없다.

<제 12 실시 형태>

다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 12 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한 이하에 설명하는 제 12 실시 형태에서는, 상기 각 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 12 실시 형태에서는 상기 제 8 실시 형태의, 액정 패널(11)이 상하 방향으로 반전된 구조를 구비하고 있다.

도 23(a)는 제 12 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가하지 않은 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 23(b)는 제 12 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가한 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 제 12 실시 형태에서는 기판(제 1 기판, 13B)이 백라이트(12) 측에, 기판(제 2 기판, 13A)이 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 위치하고 있다.

편광판(제 1 편광판, 14B), 편광판(제 2 편광판, 14A), 구동 전극층(15), 강앵커링 배향막(제 2 배향막, 16), 약앵커링 배향막(제 1 배향막, 17)은 상기 제 11 실시 형태와 동일하게 설치되어 있다.

편광판(14A, 14B)은 그 투과축 방향이 서로 직교되도록 배치되어 있다. 여기서는 상기 제 11 실시 형태와는 달리 일방 편광판(14B)의 투과축 방향은 방향 X로, 타방 편광판(14A)의 투과축 방향은 방향 Y로 각각 설정되어 있다.

강앵커링 배향막(16) 및 약앵커링 배향막(17)은 상기 제 11 실시 형태와는 달리 액정층(18)의 네거티브형 액정 분자(Ln)의 장축 방향이 각각 방향 Y, 방향 X에 거의 일치되도록 초기 배향 방향이 설정되어 있다.

도 23(a)에 도시한 것과 같이 액정층(18)에서는, 전기장(E) 비인가 상태에서 네거티브형 액정 분자(Ln)는 키랄제 첨가에 의해 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향해서 나선상으로 뒤틀린 초기 배향 상태가 된다. 이 상태에서 강앵커링 배향막(16) 측에서는, 액정 분자(Ln)는 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따라서 배향되어 있다. 이에 비해서 도 23(a)에 도시한 것과 같이 전기장(E) 비인가 상태에서, 약앵커링 배향막(17) 측에서는 구동 전극층(15)에서 서로 인접하는 전극선(20, 20) 사이에서 네거티브형 액정 분자(Ln)는, 약앵커링 배향막(17) 측의 배향 처리 방향(방향 X)을 따라서 배향되어 있다.

이와 같은 구성에서 전기장(E) 비인가 상태에서는 도 23(a)에 도시한 것과 같이 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14B)을 통과한 빛은 액정층(18) 내로 유도되고, 더욱이 액정층(18)에서 액정 분자(Ln)의 배향 방향의 나선상 분포를 따라서 편광면이 변화되기 때문에 투과축 방향이 편광판(14B)과 직교되어 있는 반대측 편광판(14A)을 투과한다.

또한 도 23(b)에 도시한 것과 같이 문턱값 이상의 소정의 전기장(E)이 액정 패널(11)에 인가되면 인가 전기장(E)의 크기가 커짐에 따라서 약앵커링 배향막(17) 근방의 액정 분자(Ln)의 초기 배향 방향에 대한 배향 방향의 변위량이 점차 커진다. 인가되는 전기장(E) 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때 액정층(18)의 액정 분자(Ln)는, 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(도 23에서는 방향 Y)을 따르는 동일 배향 상태로 전이된다. 이로써 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14B)을 통과한 빛은, 편광면이 변화되지 않은 상태로 편광판(14A)에 도달한다. 여기서 편광판(14A)의 투과축 방향은 편광판(14B)과 직교되어 있기 때문에 빛은 편광판(14A)에 흡수된다.

전기장(E)을 인가한 상태로부터 전기장(E) 인가를 정지하면 키랄제에 의해 부여된 복원력(탄성력)에 의해 액정 분자(Ln)의 배향 방향이 도 23(a)에 도시한 것과 같은 나선상의 초기 배향 상태로 돌아가기 때문에 편광판(14B)을 통과한 빛은 반대측 편광판(14A)을 투과한다.

또한 제 12 실시 형태가, 상기 제 8 실시 형태와 동일한 효과를 나타내는 것은 말할 것도 없다.

<제 13 실시 형태>

다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 13 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한 이하에 설명하는 제 13 실시 형태에서는, 상기 각 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 13 실시 형태에서는 상기 제 9 실시 형태의, 액정 패널(11)이 상하 방향으로 반전된 구조를 구비하고 있다.

도 24(a)는 제 13 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가하지 않은 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 24(b)는 제 13 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가한 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 제 13 실시 형태에서는 기판(제 1 기판, 13B)이 백라이트(12)로부터 이간된 측에, 기판(제 2 기판, 13A)이 백라이트 유닛(12) 측에 위치하고 있다.

편광판(제 2 편광판, 14A)은, 백라이트 유닛(12) 측에 배치된 기판(13A)에서 백라이트 유닛(12)에 대향되는 측에 설치되어 있다.

편광판(제 1 편광판, 14B)은, 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 배치된 기판(13B)에서 백라이트 유닛(12)과는 반대측에 설치되어 있다.

구동 전극층(15)은 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측의 기판(13B)에서 백라이트 유닛(12)에 대향하는 측에 설치되어 있다.

강앵커링 배향막(제 2 배향막, 16)은 백라이트 유닛(12) 측의 기판(13A)에서, 백라이트 유닛(12)과는 반대 측에 형성되어 있다. 강앵커링 배향막(16)은, 액정층(18)의 포지티브형 액정 분자(Lp)의 장축 방향이 방향 X에 거의 일치되도록 초기 배향 방향이 설정되어 있다.

약앵커링 배향막(제 1 배향막, 17)은 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측의 기판(13B)에서, 백라이트 유닛(12)에 대향되는 측에 형성되어 있다. 약앵커링 배향막(17)은, 액정층(18)의 액정 분자(Lp)의 장축 방향이 방향 Y에 거의 일치되도록 초기 배향 방향이 설정되어 있다.

도 24(a)에 도시한 것과 같이 액정층(18)에서는, 전기장(E) 비인가 상태에서 포지티브형 액정 분자(Lp)는 키랄제 첨가에 의해 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향해서 나선상으로 뒤틀린 초기 배향 상태가 된다. 이 상태에서 강앵커링 배향막(16) 측에서는, 액정 분자(Lp)는 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 X)을 따라서 배향되어 있다. 이에 비해서 도 24(a)에 도시한 것과 같이 전기장(E) 비인가 상태에서, 약앵커링 배향막(17) 측에서는 구동 전극층(15)에서 서로 인접하는 전극선(20, 20) 사이에서 포지티브형 액정 분자(Lp)는, 약앵커링 배향막(17) 측의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따라서 배향되어 있다.

이와 같은 구성에서 전기장(E) 비인가 상태에서는 도 24(a)에 도시한 것과 같이 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은 액정층(18)에서 액정 분자(Lp)의 배향 방향의 나선상 분포를 따라서 편광면이 변화되기 때문에 투과축 방향이 편광판(14A)과 직교되어 있는 반대측 편광판(14B)을 투과한다.

또한 도 24(b)에 도시한 것과 같이 문턱값 이상의 소정의 전기장(E)이 액정 패널(11)에 인가되면 인가 전기장(E)의 크기가 커짐에 따라서 약앵커링 배향막(17) 근방의 액정 분자(Lp)의 초기 배향 방향에 대한 배향 방향의 변위량이 점차 커진다. 인가되는 전기장(E) 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때 액정층(18)의 액정 분자(Lp)는, 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(도 24에서는 방향 X)을 따르는 동일 배향 상태로 전이된다. 이로써 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은, 편광면이 변화되지 않은 상태로 편광판(14B)에 도달한다. 여기서 편광판(14B)의 투과축 방향은 편광판(14A)과 직교되어 있기 때문에 빛은 편광판(14B)에 흡수된다.

전기장(E)을 인가한 상태로부터 전기장(E) 인가를 정지하면 키랄제에 의해 부여된 복원력(탄성력)에 의해 액정 분자(Lp)의 배향 방향이 도 24(a)에 도시한 것과 같은 나선상의 초기 배향 상태로 돌아가기 때문에 편광판(14A)을 통과한 빛은 반대측 편광판(14B)을 투과한다.

제 13 실시 형태가 상기 제 9 실시 형태와 동일한 효과를 나타내는 것은 말할 것도 없다.

<제 14 실시 형태>

다음으로 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제 14 실시 형태에 대해서 설명한다. 또한 이하에 설명하는 제 14 실시 형태에서는, 상기 각 실시 형태와 공통된 구성에 대해서는 도면 중에 동일 부호를 부여하고 그 설명을 생략한다. 제 14 실시 형태에서는 상기 제 10 실시 형태의, 액정 패널(11)이 상하 방향으로 반전된 구조를 구비하고 있다.

도 25(a)는 제 14 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가하지 않은 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이고, 도 25(b)는 제 14 실시 형태로서 도시한 액정 디스플레이의, 전기장을 인가한 상태의 개략 구성을 도시한 단면도이다. 제 14 실시 형태에서는 기판(제 2 기판, 13)이 백라이트(12) 측에, 기판(제 1 기판, 13B)이 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 위치하고 있다.

편광판(제 1 편광판, 14B), 편광판(제 2 편광판, 14A), 구동 전극층(15), 강앵커링 배향막(제 2 배향막, 16), 약앵커링 배향막(제 1 배향막, 17)은 상기 제 13 실시 형태와 동일하게 설치되어 있다.

편광판(14A, 14B)은 그 투과축 방향이 서로 직교되도록 배치되어 있다. 여기서는 상기 제 13 실시 형태와는 달리 일방 편광판(14B)의 투과축 방향은 방향 X로, 타방 편광판(14A)의 투과축 방향은 방향 Y로 각각 설정되어 있다.

강앵커링 배향막(16) 및 약앵커링 배향막(17)은 상기 제 13 실시 형태와는 달리 액정층(18)의 네거티브형 액정 분자(Ln)의 장축 방향이 각각 방향 Y, 방향 X에 거의 일치되도록 초기 배향 방향이 설정되어 있다.

도 25(a)에 도시한 것과 같이 액정층(18)에서는, 전기장(E) 비인가 상태에서 네거티브형 액정 분자(Ln)는 키랄제 첨가에 의해 강앵커링 배향막(16) 측으로부터 약앵커링 배향막(17) 측을 향해서 나선상으로 뒤틀린 초기 배향 상태가 된다. 이 상태에서 강앵커링 배향막(16) 측에서는, 액정 분자(Ln)는 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(방향 Y)을 따라서 배향되어 있다. 이에 비해서 도 25(a)에 도시한 것과 같이 전기장(E) 비인가 상태에서, 약앵커링 배향막(17) 측에서는 구동 전극층(15)에서 서로 인접하는 전극선(20, 20) 사이에서 네거티브형 액정 분자(Ln)는, 약앵커링 배향막(17) 측의 배향 처리 방향(방향 X)을 따라서 배향되어 있다.

이와 같은 구성에서 전기장(E) 비인가 상태에서는 도 25(a)에 도시한 것과 같이 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은 액정층(18) 내로 유도되고, 더욱이 액정층(18)에서 액정 분자(Ln)의 배향 방향의 나선상 분포를 따라서 편광면이 변화되기 때문에 투과축 방향이 편광판(14A)과 직교되어 있는 반대측 편광판(14B)을 투과한다.

또한 도 25(b)에 도시한 것과 같이 문턱값 이상의 소정의 전기장(E)이 액정 패널(11)에 인가되면 인가 전기장(E)의 크기가 커짐에 따라서 약앵커링 배향막(17) 근방의 액정 분자(Ln)의 초기 배향 방향에 대한 배향 방향의 변위량이 점차 커진다. 인가되는 전기장(E) 강도가 어느 일정 값에 도달했을 때 액정층(18)의 액정 분자(Ln)는, 강앵커링 배향막(16)의 배향 처리 방향(도 25에서는 방향 Y)을 따르는 동일 배향 상태로 전이된다. 이로써 백라이트 유닛(12) 측으로부터 편광판(14A)을 통과한 빛은, 편광면이 변화되지 않은 상태로 편광판(14B)에 도달한다. 여기서 편광판(14B)의 투과축 방향은 편광판(14A)과 직교되어 있기 때문에 빛은 편광판(14B)에 흡수된다.

전기장(E)을 인가한 상태로부터 전기장(E) 인가를 정지하면 액정층(18)의 액정 분자(Ln)는, 키랄제에 의해 부여된 복원력(탄성력)에 의해 액정 분자(Ln)의 배향 방향이 도 25(a)에 도시한 것과 같은 나선상의 초기 배향 상태로 돌아가기 때문에 편광판(14A)을 통과한 빛은 반대측 편광판(14B)을 투과한다.

제 14 실시 형태가, 상기 제 10 실시 형태와 동일한 효과를 나타내는 것은 말할 것도 없다.

<실시예>

이하, 본 발명을 실시예에 의해 더욱 설명하지만, 본 발명은 이들에 한정되는 것은 아니다.

<제 1 실시예>

제 1 실시예에서는, 도 18을 가지고 설명한 상기 제 7 실시 형태의 구성을 바탕으로 액정 패널을 제작했다. 보다 구체적으로는 산화인듐주석(ITO)제 빗살 형상을 이루는 전극선(20, 두께: 약 55㎚, 전극 폭(L)/전극간 거리(S) = 4㎛/10㎛)이 형성된 기판(13A, 본 실시예의 전극 기판)과, 대향하도록 기판(13B, 본 실시예의 대향 기판)을 합착시키고 그 공극에 액정을 충전한 액정 패널(11)을 제작했다.

액정 패널(11)의 대향 기판 상에는 배향막으로서 PHMA 브러시를 중합했다. PHMA 브러시 중합은 표면 개시 ATRP에 의해 수행했다.

보다 구체적으로는 우선 기판을 아세톤과 클로로포름으로 15분씩 초음파 세정한 후, 질소 가스를 내뿜어 건조시킨 후, UV-O₃ 처리를 15분간 수행했다. 이 단계에서 폴리머 브러시를 형성하지 않은 영역, 즉 나중에 전극 기판과 대향 기판을 합착시킬 때에 실링재를 부착시킬 부분은 마스킹 테이프로 보호했다.

다음으로 2-브로모-2-메틸-N-(3-(트리에톡시실릴)프로필)프로판아미드(BPA)를 0.05g, 에탄올 4.7g 및 암모니아수 0.25g을 혼합한 용액을 개시재로서 준비하고, 이 용액에 대향 기판을 차광한 상태에서 하룻밤 침지하여 대향 기판 표면에 개시재를 고정했다. 그 후, 대향 기판을 아세톤으로 10분간 초음파 세정하고 질소 가스를 뿜어서 건조시켰다. PHMA 브러시는 BPA가 고정화된 대향 기판을 동결 탈기 처리(freeze-pump-thaw cycling)가 이루어진 중합액(모노머: 헥실메타크릴레이트, HMA/29.74g/174.7mmol, 개시재: 에틸-2-브로모이소부티레이트, EBIB/68.7mg/0.35mmol, 촉매: CuBr/152.2mg/1.06mmol, 리간드: N, N, N', N", N"-펜타메틸디에틸렌트리아민, PMDETA/243.8mg/1.41mmol, 용매: 아니솔/29.97g/277mmol)에 침지하고 70℃에서 7시간 가열하여 중합함으로써 형성했다.

동일 배치 내의 프리 폴리머를 겔 침투 크로마토그래피로 측정한 결과, 중합된 PHMA 브러시의 분자량과 분자량 분포는 각각 Mn=88900, Mw/Mn=1.74로 추산되었다. PHMA 브러시의 막 두께(h)는 X선 반사율 측정(Rigaku주식회사제, UltimaⅣ)을 바탕으로 18.0nm로 결정되었다. 또한 PHMA 브러시의 그래프트 밀도(σ)는 폴리머 브러시의 밀도가 벌크 폴리머 밀도와 동일하다(PHMA 밀도로서 1.00g/㎤를 사용)는 가정 하에서, σ=ρhN_A/M(ρ: 벌크 폴리머 밀도, h: 폴리머 브러시 막 두께, N_A: 아보가드로수, M: 폴리머 브러시 분자량)의 관계식으로부터 0.12체인/nm²로 추산되었다.

액정 패널(11)의 전극 기판 측에는 높이 6㎛의 포토 스페이서를 형성한 후 배향막으로서 폴리이미드(JSR 주식회사제, JALS-16470)를 입혔다. 폴리이미드 배향막 표면에는 러빙 처리를 실시했다.

러빙 처리는 전극 기판과 대향 기판을 합착했을 때, 전극 기판의 러빙 방향과 빗살 전극이 이루는 각도가 90°가 되도록 수행했다.

전극 기판과 대향 기판은 실링재를 통하여 합착시키고, 가압하면서 질소 분위기 하에서 120℃, 2시간의 실링 경화 처리를 거쳐서 공 셀을 제작했다. 그 후, 진공주입법에 의해 네마틱 액정(JNC주식회사제 JC-5051LA, 포지티브형, 네마틱/등방성 전이 온도: NI점 112.7℃, 굴절율 이방성: Δn=0.081, 키랄 피치 24㎛)을 공 셀에 주입한 후, UV 경화형 봉지재로 주입구를 실링했다. 또한 액정 패널(11)은 도 18에 도시된 것과 같이 기판(13A, 전극 기판)을 하측, 즉 백라이트 유닛(12) 측에, 기판(13B, 대향 기판)을 상측에 배치했다.

다음으로 포토 스페이서 높이의 결정 방침에 대하여 설명한다. 액정 패널(11)에 전기장을 인가하지 않을 때는 폴리이미드 계면 부근의 액정 배향은 러빙 방향으로 고정되고, PHMA 브러시 계면의 액정은 키랄제 효과로 러빙 방향으로부터 90도 뒤틀린 방향으로 배향된다. 이 경우의 액정 배향 상태는, TN형 액정 디스플레이의 전압 비인가 시의 배향 상태와 동일하고, 액정 패널의 전압 인가 시의 투과율(T)을 최대로 하기 위해서는 상기 식 (1)이 최대값을 갖는 조건, 즉 u=2Δnd/λ(Δn: 액정의 유전율 이방성, d: 셀 갭, λ: 빛의 파장)가 √3이 되는, 즉 first minimum 조건을 만족하는 셀 두께인 6㎛를 얻을 필요가 있다. 따라서 포토 스페이서 높이로서 6㎛를 선택했다.

이 때, 액정의 비틀림 피치(P)는 4d(24㎛)이고 모긴 조건을 만족하고 있기 때문에 액정 패널의 광학 축에 평행 또는 수직으로 입사한 직선 편광은 직선 편광 상태를 유지한 채로 편광면이 회전하여 회전(선광)성을 나타내는 것이 기대된다.

또한 액정 패널에 전기장을 인가하면 PHMA 브러시 계면의 액정은 전기장과 평행한 방향으로 회전하기 때문에 전극 기판으로부터 대향 기판에 걸쳐서 호모지니어스 배향되는 것이 상정된다. 이 때, 액정 패널의 광학축에 평행 또는 수직으로 입사된 직선 편광은 직선 편광 상태를 유지한 채로 투과된다. 따라서 편광판(14A, 14B)을 직교 니콜로 배치한 경우에는, 이들 2장의 편광판을 투과할 수 없기 때문에 액정 패널을 normaly white형으로서 구성하는 것이 가능하다.

<편광현미경 관찰>

상기와 같이 제작한, 제 1 실시예의 액정 패널을 편광현미경으로 관찰했다. 편광현미경은 Olympus주식회사제 BX50P를 사용했다. 편광현미경으로는, 전기장을 인가하지 않은 상태에서 액정은 전극 기판으로부터 대향 기판을 향해서 모두 동일하게 나선 배향되어 있는 것이 확인되었다.

다음으로 상기 제 1 실시예를, 120℃에서 10분간 어닐링 처리를 수행하여 실험체를 제작했다. 이 실험체의, 하측에 위치하는 기판(13A, 전극 기판)에 편광판(14A)을 부착했다. 상측에 위치하는 기판(13B, 대향 기판) 측에는 편광판(14B)을 수평면 내에서 회전 가능하게 장착하고 편광판(14B)을 회전시켜서 2개의 편광판(14A, 14B)의 투과축 방향이 이루는 각도와 투광 상태의 관계를 관찰했다. 더욱 상세하게는 실험체로서 포토 스페이서의 높이가 6.1㎛, 액정 분자의 배향 상태의 꼬임각이 91°, Δnd가 488㎛가 되도록 제작한 것을 사용했다.

도 26은 상기 관찰 결과이다. 횡축은 2개의 편광판(14A, 14B)의 투과축 방향이 서로 이루는 각도이고 종축은 투과광량이다.

투과축 방향 사이의 각도가 액정 분자 배향 상태의 꼬임각인 90° 부근에서는, 투과광량이 가장 많아졌다. 즉, 액정 패널의 광학축에 평행 또는 수직으로 입사된 직선 편광은 편광면이 회전하여 회전(선광)성을 나타내고, 그 결과로서 상측에 위치하여 투과축 방향이 편광판(14A)과 직교하는 편광판(14B)을 투과하고 있는 것이 관찰되었다.

반대로 2개의 편광판(14A, 14B)의 투과축 방향이 서로 평행인 경우, 즉 투과축 방향 사이의 각도가 0°, 180° 부근에서는 투과광량이 가장 적어졌다. 즉, 액정 패널의 광학축에 평행 또는 수직으로 입사된 직선 편광은, 편광면이 회전하여 회전(선광)성을 나타내고, 그 결과로서 상측에 위치하여 투과축 방향이 편광판(14A)과 평행한 편광판(14B)에 흡수되고 있는 것이 관찰되었다.

도 27(a)는 상하 편광판(14A, 14B)을 설치하지 않은 상태, (b)는 상하에 편광판(14A, 14B)을 설치하고 이들 투과축 방향 사이의 각도가 0°인 상태, (c)는 투과축 방향 사이의 각도가 90°인 상태의 관찰 결과를 사진 촬영한 것이다. 도 27(c)는 도 27(a)와 동일하게 빛이 투과하여 밝게 표시되어 있는 것을 확인할 수 있다.

<제 1 비교예>

다음으로 상기 제 1 실시예에 대하여 인가 전압과 투과율 및 응답 속도의 관계를 관찰했다. 본 측정은 Otsuka electronics제 LCD-5200을 사용했다. 이 관찰의 비교 대상으로서 제 1 비교예를 제작했다. 제 1 비교예는, 도 24로서 도시되는 상기 제 13 실시 형태의 구조에서 액정층(18)에 키랄제가 첨가되어 있지 않고 또한 각 편광판의 투과축 방향과 각 배향막의 배향 방향의 각각이 도 24에 도시되어 있는 방향과는 직교하도록 설치되어 있는 것을 사용했다. 즉, 제 1 비교예에서는 전압을 인가하지 않은 경우, 키랄제를 포함하지 않기 때문에 액정 분자(Lp)가 서로 평행하게 배향되어 위치하고 있고, 또한 2장의 편광판이 투과축 방향이 직교하도록 설치되어 있으므로 전압 비인가 시에 표시가 어두워지고 normaly black형으로서 구성되어 있다. 전압을 인가한 경우에는 액정 분자(Lp)는 도 24(a)와 같이 배향되고 밝게 표시된다.

<인가 전압과 투과율 관계 관찰>

우선 인가 전압과 투과율 관계에 관한 실험 결과에 대해서 설명한다. 본 실험에 앞서, 상기 제 1 실시예에 대하여 도 18(a)에서 도시한 액정 패널과 동일한 형태가 되도록 기판(13A, 전극 기판)과 기판(13B, 대향 기판) 각각에 편광판(14A, 14B)을 부착했다. 여기서 편광판(14A, 14B)은 투과축 방향이 서로 직교하도록 또한 전극 기판에 형성된 폴리이미드 배향막 표면의 러빙 방향과 하측에 위치하는 편광판(14A)의 투과축 방향이 일치하도록 조정했다. 제 1 인용예에 관해서도 도 24(b)에서 도시한 액정 패널과 동일한 형태가 되도록 2장의 편광판을 부착했다.

도 28, 도 29는 각각 제 1 실시예와 제 1 비교예의 전압과 투과율에 관한 실험 결과를 도시하고 있다. 도 28(a), 도 29(a)의 횡축은 전압(V)을, 종축은 투과율(%)을 각각 도시하고 있다. 도 28(a), 도 29(a)에는 -15 ~ 85℃의, 6종류의 분위기 온도 하에서의 전압과 투과율 관계가 도시되어 있다.

도 28(b)는 횡축으로서 도시되는 각 온도에서의 V0, V50, V90, T0 및 V90/V10의 값을 도시한다. 도 29(b)도 동일하지만, 일부 지표가 도 28(b)와는 다르다. 상기 각 지표 중 V는 전압, T는 투과율을 나타낸다. 또한 V, T 다음에 기재되어 있는 숫자는 0부터 100까지의 값으로 정규화된, 도 28(a), 도 29(a)에서의 투과율 값을 나타낸다. 즉, V0는 투과율이 최소값이 될 때의, 즉 가장 어둡게 표시될 때의 전압값을 나타낸다. V50은 투과율이 (최대값-최소값)×0.5인 값을 취할 때의 전압값을 나타낸다. V100은 투과율이 최대값이 될 때의, 즉 가장 밝게 표시될 때의 전압값을 나타낸다. T0 및 도 29(b)에 도시되는 T100은 각각 투과율의 최소값, 최대값을 나타낸다. 다른 지표도 동일하다.

V90/V10은 투과율 변위의 급준성을 나타내는 것이다. 도 28(a), 도 29(a)로부터 알 수 있듯이 투과율이 최소값, 최대값을 나타내는 부분 근방에서는 다른 부분에 비교하면 기울기가 완만하게 되어 있고, 전압 변화에 대해서 투과율은 비교적 완만하게 변위되고 있다. 즉, 이들 완만하게 변위되고 있는 부분에 기인하는 잡음을 제외하고, 이들 사이의 투과율 경향이 동일한 부분만 추출하기 위해서 급준성으로서 V90/V10 값을 사용하고 있다.

제 1 실시예는 normaly white형 액정 패널이다. 제 1 실시예의 실험 결과를 도시한 도 28에서도, 전압이 인가되지 않은 경우에 투과율이 높아졌고, 또한 전압이 커짐에 따라서 투과율이 떨어졌다.

제 1 비교예는 normaly black형 액정 패널이다. 제 1 비교예의 실험 결과를 도시한 도 29에서도, 전압이 인가되지 않은 경우에 투과율이 낮아졌고, 전압을 인가하면 투과율이 높아졌다.

또한 도 29(b)의 T100에 의하면, 제 1 비교예에서는 특히 온도가 실내 온도가 될 수 있는 45℃ 이하에서는 투과율의 최대값이 대략 14.00 이하가 되었다. 이에 비하여 도 28(a)에 의하면 모든 온도에서 투과율의 최대값이 14.00 보다 커져있다. 즉, 제 1 실험예에서는 제 1 비교예인 키랄제를 사용하지 않은 액정 패널보다 높은 투과율을 갖추고 있는 것을 확인할 수 있었다.

<인가 전압과 전압 오프 시 응답 속도의 관계 관찰>

다음으로 인가 전압과 전압 오프 시 응답 속도의 관계에 관한 실험 결과에 대해서 설명한다. 도 30, 도 31은 각각 제 1 실시예와 제 1 비교예의 전압과 응답 속도에 관한 실험 결과를 도시하고 있다. 도 30, 도 31의 횡축은 전압(V)을, 종축은 상기 전압 부여 시의 응답 속도(m초)를 각각 도시하고 있다.

도 30의 그래프 30a 및 도 31의 그래프 31a는 모두 액정 패널이 어두운 상태로부터 밝은 상태로 추이될 때의 응답 속도를 나타내고 있다. 또한 도 30의 그래프 30b 및 도 31의 그래프 31b는 모두 액정 패널이 밝은 상태로부터 어두운 상태로 추이될 때의 응답 속도를 도시하고 있다.

이들 그래프를 가지고, 제 1 실시예와 제 1 인용예 각각에서, 전압 오프 시 응답 속도, 즉 일단 전압이 인가된 상태로부터 전압이 비인가 상태가 되어 액정 분자가 전기장(E)의 영향을 벗어나고, 전압 비인가 상태의 액정 분자의 배향으로 돌아가기까지의 시간을 비교한다.

제 1 실시예에서는 normaly white형 액정 패널이기 때문에 전압이 인가 상태로부터 비인가 상태가 될 때의 응답 속도를 나타내는 그래프는, 이 때는 액정 패널이 어두운 상태로부터 밝은 상태로 추이되기 때문에 그래프 30a이다.

제 1 비교예에서는 normaly black형 액정 패널이기 때문에 전압이 인가 상태로부터 비인가 상태가 될 때의 응답 속도를 나타내는 그래프는, 이 때는 액정 패널이 밝은 상태로부터 어두운 상태로 추이되기 때문에 그래프 31b이다.

즉 여기서는 그래프 30a와 그래프 31b를 비교한다.

그래프 30a에서는 응답 속도가 크더라도 150m초 정도인데 비하여 그래프 31b에서는 600m초를 초과하는 응답 속도를 나타내고 있다. 즉, 그래프 30a에 상당하는 제 1 실시예에서는 키랄제 작용에 의해 일단 전압이 인가된 상태로부터 전압이 비인가 상태가 되어 액정 분자가 전기장(E)의 영향을 벗어나고, 전압 비인가 상태의 액정 분자 배향으로 돌아가기까지의 시간이 저감되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

<타 실시예의 응답 속도 비교>

다음으로 도 32 ~ 도 34에 도시된 타 실시예 및 인용예를 가지고 응답 속도를 비교한다.

도 32(a)는 제 2 실시예의 설명도이다. 제 2 실시예는 도 20을 가지고 설명한 상기 제 9 실시 형태의 구성을 바탕으로 한 액정 패널이다. 즉, 백라이트 유닛 측 기판에 제로 앵커링 배향막과 전극이, 타 기판에 강앵커링 배향막이 형성되고 액정층에 포지티브형 키랄제를 포함한 것이다.

또한 도 32(b)는 제 2 비교예의 설명도이다. 제 2 비교예는 제 2 실시예에 비교하면 액정층에 키랄제가 첨가되어 있지 않고 또한 각 편광판의 투과축 방향과 각 배향막의 배향 방향의 각각이 제 2 실시예와는 직교되도록 설치된 액정 패널이다.

도 33(a)는 제 3 실시예의 설명도이다. 제 3 실시예는 도 21을 가지고 설명한 상기 제 10 실시 형태의 구성을 바탕으로 한 액정 패널이다. 즉, 백라이트 유닛 측 기판에 제로 앵커링 배향막과 전극이, 타 기판에 강앵커링 배향막이 형성되고 액정층에 네거티브형 키랄제를 포함한 것이다.

또한 도 33(b)는 제 3 비교예의 설명도이다. 제 3 비교예는 제 3 실시예에 비교하면 액정층에 키랄제가 첨가되어 있지 않고 또한 각 편광판의 투과축 방향과 각 배향막의 배향 방향의 각각이 제 3 실시예와는 직교되도록 설치된 액정 패널이다.

도 34(a)는 제 4 실시예의 설명도이다. 제 4 실시예는 도 19를 가지고 설명한 상기 제 8 실시 형태의 구성을 바탕으로 한 액정 패널이다. 즉, 백라이트 유닛 측 기판에 강앵커링 배향막과 전극이, 타 기판에 제로 앵커링 배향막이 형성되고 액정층에 네거티브형 키랄제를 포함한 것이다.

또한 도 34(b)는 제 4 비교예의 설명도이다. 제 4 비교예는 제 4 실시예에 비교하면 액정층에 키랄제가 첨가되어 있지 않고 또한 각 편광판의 투과축 방향과 각 배향막의 배향 방향의 각각이 제 4 실시예와는 직교되도록 설치된 액정 패널이다.

각 실험예에 대해서는 normaly white형이 되도록 편광판이 부착되어 있다. 또한 각 비교예에 대해서는 normaly black형이 되도록 편광판이 부착되어 있다.

도 35에 제 2 ~ 제 4 실험예와, 제 2 ~ 제 4 비교예의 응답 속도 비교 결과를 도시한다.

'응답 속도(온)' 항목은, 제 2 ~ 제 4 실험예에서는 전압을 인가하여 투과율이 전압 비인가 시의 투과율의 10% 정도까지 어두워지는 시간이다. 또한 제 2 ~ 제 4 비교예에서는 투과율이 최대가 되도록 전압을 인가하여 투과율이 최대 투과율의 90%에 도달하기까지의 시간이다.

'응답 속도(오프)' 항목은, 제 2 ~ 제 4 실험예에서는 상기 전압 인가 조작 후, 전압 인가를 정지하여 투과율이 초기 투과율로 돌아오기까지의 시간이다. 또한 제 2 ~ 제 4 비교예에서는 투과율이 최대가 되도록 전압을 인가한 후, 전압 인가를 정지하여 투과율이 최대값의 10%가 될 때까지의 시간이다.

대략 동일한 구조를 구비한 제 2 실험예와 제 2 비교예, 제 3 실험예와 제 3 비교예 및 제 4 실험예와 제 4 비교예의, 특히 응답 속도(오프)를 각각 비교했다.

각각의 비교예서, 실험예에서는 비교예에 비교하면 70% 이상 고속화된 것을 확인할 수 있었다.

이상 본 발명의 바람직한 실시 형태에 대하여 상세히 설명했지만 당해 기술 분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 향후 다양한 변형 및 균등한 실시 형태가 가능하다.

따라서 본 발명의 권리 범위는 여기에 한정되지 않고, 특허 청구 범위에서 정의되는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 다양한 변형과 개량 형태도 본 발명에 포함된다.

예를 들면 상기 실시 형태에서는 강앵커링 배향막(16), 약앵커링 배향막(17)에 대하여 각각 구체적인 형성 방법을 예시했지만 여기에 한정되지 않는다. 즉, 강앵커링 배향막(16)과 약앵커링 배향막(17)에서, 전기장(E)을 부여했을 때 액정 분자(Lp, Ln)의 배향 방향을 교정하는 배향 강제력이 서로 다르다면, 강앵커링 배향막(16), 약앵커링 배향막(17)은 각각 다른 어떤 방법, 재료로 형성해도 된다.

또한 키랄제에는 왼손 감김 나선과 오른손 감김 나선을 야기하는 것이 존재하는데 그 중 어느 것을 사용해도 된다.

또한 상기 제 1 ~ 제 6 실시 형태에서는 강앵커링 배향막(16)을 백라이트 유닛(12) 측에 배치하고, 약앵커링 배향막(17)을 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 배치했지만 여기에 한정되지 않는다. 상기 제 9 ~ 제 12 실시 형태와 같이 강앵커링 배향막(16)을 백라이트 유닛(12)으로부터 이간된 측에 배치하고, 약앵커링 배향막(17)을 백라이트 유닛(12) 측에 배치해도 된다.

구동 전극층(15)에 대해서도 백라이트 유닛(12) 측에 제한되지 않고, 상기 제 11 ~ 제 14 실시 형태와 같이 그 반대측에 배치해도 된다.

또한 제 1 ~ 제 6 실시 형태에서는 편광판(14A)과 편광판(14B)을 평행 니콜로 배치하여, 편광판(14A)의 투과축 방향이 전기장(E) 비인가 상태에서 액정 분자(L)의 배향 방향을 규제하기 위한 강앵커링 배향막(16)에 대한 배향 처리 방향과 일치하는 경우의 예를 도시했지만, 편광판(14A)의 투과축 방향을, 전기장(E) 비인가 상태에서 액정 분자(L)의 배향 방향을 규제하기 위한 강앵커링 배향막(16)에 대한 배향 처리 방향과 직교시켜도 된다.

더욱이 상기 제 1 ~ 제 6 실시 형태에서는 전압 비인가 시에 표시가 어둡고 전압 인가 시에 밝아지는, 이른바 normaly black형 액정 패널(11)에 대해서 설명했지만, 여기에 한정되지 않는다. 상기 제 7 ~ 제 14 실시 형태와 같이 액정 패널(11)을, 전압 비인가 시에 표시가 밝고 전압 인가 시에 어두워지는, 이른바 normaly white형 구성으로 해도 된다.

2: 폴리머 브러시 3: 폴리머 브러시층
4: 공존부 7: 기하학적 요철 구조
10: 액정 디스플레이 11: 액정 패널(액정 표시 소자)
11f: 표면 11r: 배면
12: 백라이트 유닛 13A: 기판(제 2 기판)
13B: 기판(제 1 기판) 14A: 편광판(제 2 편광판)
14B: 편광판(제 1 편광판) 15: 구동 전극층
16: 강앵커링 배향막(제 2 배향막) 17: 약앵커링 배향막(제 1 배향막)
18: 액정층 20: 전극선
20a: 제 1 경사부 20b: 제 2 경사부
21: 전극선 E: 전기장
L: 액정 분자

Claims

빛을 발생하는 광원과,
제 1 배향막이 형성된 제 1 기판과,
상기 제 1 배향막과의 사이에 간격을 두고 대향 배치되는 제 2 배향막이 형성된 제 2 기판과,
상기 제 1 배향막과 상기 제 2 배향막 사이에 배치되고 액정 분자가 구동됨으로써 상기 빛을 투과 또는 차단하는 액정층과,
상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판 중 어느 일방에 설치되고 상기 액정 분자에 상기 제 1 기판 및 상기 제 2 기판을 따르는 방향의 전기장을 인가하는 구동 전극층을 구비하고,
상기 액정층은,
상기 전기장을 인가한 상태에서 상기 제 2 배향막 측에서는 상기 액정 분자가 미리 설정된 초기 배향 방향으로 배향된 상태를 유지하며, 상기 제 1 배향막 측에서는 상기 액정 분자의 배향 방향이 상기 제 2 기판 표면에 평행한 면 내에서 초기 배향 방향으로부터 상기 전기장을 따르는 방향으로 변화되는 한편,
상기 액정층에, 상기 액정 분자를 상기 전기장이 비인가된 상태의 초기 배향 방향으로 복원시키는 키랄제가 첨가되어 있는 액정 표시 소자.
제 1 항에 있어서,
상기 액정층은, 상기 전기장 비인가 상태에서, 상기 제 2 배향막 측으로부터 상기 제 1 배향막 측을 향하여 상기 액정 분자가 나선상으로 배열되어 있는 액정 표시 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 키랄제는, 상기 전기장 비인가 상태에서, 상기 제 2 배향막 측에서의 상기 액정 분자의 초기 배향 방향에 대하여, 상기 제 1 배향막 측에서의 상기 액정 분자의 초기 배향 방향이 90° 뒤틀리도록 첨가되어 있는 액정 표시 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 배향막에서 상기 액정 분자의 배향 방향을 상기 초기 배향 방향으로 구속하기 위한 배향 처리 방향과, 상기 제 2 배향막에서 상기 액정 분자의 배향 방향을 구속하기 위한 배향 처리 방향이 서로 직교하고 있는 액정 표시 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 배향막은, 상기 전기장을 인가했을 때의 상기 액정 분자의 배향 방향을 상기 초기 배향 방향으로 구속하는 구속력이, 상기 제 2 배향막보다 작은 액정 표시 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
전기장 비인가 상태에서의 상기 제 1 배향막 근방의 상기 액정 분자의 배향 방향이, 상기 키랄제의 뒤틀림력에 의해 결정되는 액정 표시 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 기판 측에 설치된 제 1 편광판과,
상기 제 2 기판 측에 설치된 제 2 편광판을 더욱 구비하고,
상기 제 1 편광판의 투과축 방향과 상기 제 2 편광판의 투과축 방향이 서로 평행하며, 상기 제 1 편광판의 투과축 방향이 상기 제 2 배향막에 있어서의 상기 초기 배향 방향과 평행 또는 직교하고 있는 액정 표시 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 기판 측에 설치된 제 1 편광판과,
상기 제 2 기판 측에 설치된 제 2 편광판을 더욱 구비하고,
상기 제 1 편광판의 투과축 방향과 상기 제 2 편광판의 투과축 방향이 서로 직교하며, 상기 제 1 편광판의 투과축 방향이 상기 제 2 배향막에 있어서의 상기 초기 배향 방향과 평행 또는 직교하고 있는 액정 표시 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 전기장을 인가한 상태에서, 상기 제 2 배향막 측으로부터 상기 제 1 배향막 측을 향하여, 상기 액정층의 상기 초기 배향 방향으로 배향된 상태에 대한 상기 액정 분자의 배향 방향의 변위 각도가 점차 커지는 액정 표시 소자.
제 9 항에 있어서,
상기 제 1 배향막 측에 위치하는 상기 액정 분자와, 상기 제 2 배향막 측에 위치하는 상기 액정 분자에서, 소정 전압을 인가함으로써 생성되는 상기 전기장에 의한 상기 액정 분자의 상기 초기 배향 방향으로 배향된 상태에 대한 배향 방향의 변위 각도 차가 0° 이상 90° 이하인 액정 표시 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제 1 배향막으로서, 상기 제 1 기판에 폴리머 브러시가 형성되어 있는 액정 표시 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 구동 전극층이, 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판 면에 배치된 복수의 전극선으로 이루어지고,
상기 전기장 비인가 시에, 상기 제 2 기판 측에 있어서의 상기 액정 분자의 배향 방향이 상기 전극선이 연속되는 방향에 평행 또는 직교하고 있는 액정 표시 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 구동 전극층이, 상기 제 1 기판 또는 상기 제 2 기판 면에 배치된 복수의 전극선으로 이루어지고,
상기 전기장 비인가 시에, 상기 제 2 기판 측에 있어서의 상기 액정 분자의 배향 방향이 상기 전극선이 연속되는 방향에 대하여 경사져 있는 액정 표시 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 액정 분자의 유전율 이방성이 음수(負)인 액정 표시 소자.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 액정 분자의 유전율 이방성이 양수(正)인 액정 표시 소자.
제 5 항에 있어서,
상기 제 1 배향막은 상기 구동 전극층과 상기 액정층 사이에 위치하는 액정 표시 소자.