KR102004526B1 - 액정소자 및 그 구동방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정층에 광학활성물질(카이럴제)을 포함한 액정소자 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
본 발명은 제1의 기판과, 제1의 기판에 대향해서 배치된 제2의 기판과, 제1의 기판과 제2의 기판의 사이에 배치되어 카이럴제를 포함하며, 서로 다른 2개의 액정분자 배열상태를 가환적으로 실현되는 액정층을 가지는 액정소자를 제공한다. 본 발명의 액정소자는 양호한 또는 다양한 표시를 행한다.

Description

액정소자 및 그 구동방법{Liquid crystal device and drive method thereof}

본 발명은, 액정소자, 특히 액정층에 광학활성물질(카이럴제)을 포함한 액정소자 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

1조의 배향막의 배향처리방향과 프리틸트(pre-tilt)각의 조합으로 정해지는 액정분자의 비틀림 방향(제1선회방향)과, 카이럴제에 따라 야기되는 액정분자의 비틀림 방향(제2선회방향)이 역방향이 되도록 제작된 액정층을 가지고, 예를 들어 액정층에 물리적 작용, 일례로서 전기광학특성의 포화전압 이상의 전압을 가하는 것에 의해, 액정분자가 각 방향에 비틀림상태(제1선회방향에 대해 리버스 트위스트 배열상태, 제2선회방향에 대해 스프레이 트위스트 배열상태)가 가환적(可換的)으로 실현되는 액정표시소자를, 리버스 트위스티드 네마틱(reverse twisted nematic; RTN)형 액정표시소자라고 부른다. 제1선회방향은, 액정층에 카이럴제를 첨가하지 않았던 경우에, 액정분자가 비틀리는 선회방향이다.

예를 들어 특허문헌1에 리버스 트위스티드 네마틱형 액정표시소자가 기재되어 있다. 특허문헌1 기재의 리버스 트위스티드 네마틱형 액정표시소자에 있어서는, 액정분자가 제1선회방향으로 비틀리는 배열상태가 불안정하다. 고전압의 인가에 의해서 제1선회방향으로 비틀리는 배열상태를 얻는 것은 가능하지만, 시간의 경과와 함께 액정분자는 제2선회방향으로 비틀리는 배열상태로 천이(遷移)한다.

액정분자를 제2선회방향으로 선회시키는 카이럴제를 첨가하면서도, 기판의 배향방향의 조합에 의해, 액정분자를 제1선회방향으로 배열시키는 것으로, 액정층내의 비틀림을 증대시켜, 구동전압의 대폭적인 저감을 가능하게 한 리버스 트위스티드 네마틱형 액정소자의 발명이 특허문헌2에 기재되어 있다. 그렇지만, 특허문헌2 기재의 발명에 있어서는, 제2선회방향으로 비틀리는 배열상태로부터, 제1선회방향으로 비틀리는 배열상태로 천이시키는 전압의 인가를 정지하여 수초 후에는, 원래의 배열상태(제2선회방향으로 비틀리는 배열상태)에 재천이(再遷移)하기 때문에, 제2선회방향으로 비틀리는 배열상태에서 액정소자를 구동하는 경우에는, 높은 구동전압이 필요하다고 하는 문제가 있다.

또, 리버스 트위스티드 네마틱형 액정표시소자에 있어서는, 일반적으로, 액정분자가 제1선회방향으로 비틀리는 배열상태(리버스 트위스트 배열상태)와 제2선회방향으로 비틀리는 배열상태(스프레이 트위스트 배열상태)에서 외관상의 표시상태에 큰 차이가 없고, 쌍안정성(리버스 트위스트 배열상태와 스프레이 트위스트 배열상태가 에너지적으로 거의 같고, 전압무인가시에 있어서, 각각 안정적으로 보지되는 성질)을 주어도 높은 콘트라스트비(투과율의 차이)를 얻을 수 있기 어렵다고 하는 문제가 있다.

상하기판 사이에 러빙방향이 이루는 각도가 90˚보다 크고 120˚미만이 되도록 배향처리를 실시하고, 또한 액정층에, 러빙방향이 이루는 각도와 같은 방향이 되도록 비틀리는 성질을 가지는 카이럴제를 첨가한 것을 특징으로 하는 리버스 트위스티드 네마틱형 액정표시소자의 발명이 특허문헌3에 개시되어 있다. 특허문헌3 기재의 리버스 트위스티드 네마틱형 액정표시소자는, 통상의 트위스티드 네마틱크형 액정표시소자와 비교했을 때, 어느 온도에 대해서도 샤프니스가 우수하다. 또 양호한 샤프니스(sharpness)에 기인하여, 특히 단순매트릭스구동 액정표시소자에 있어서, 고듀티구동이 가능하다거나 같은 듀티로 구동하는 경우의 콘트라스트가 높다는 특징을 가진다. 또한, 저온으로의 리스폰스(response)가 통상의 트위스티드 네마틱크형 액정표시소자보다 빠르고, 고온 환경 하에서도 오프 전압시 투과율이 내리지 않고, 밝은 표시를 실현할 수 있는 등 , 단순매트릭스구동 액정표시소자, 및, TFT(thin film transistor ;TFT)를 이용한 액정표시소자 쌍방의 장점을 가진다.

특허문헌3 기재의 액정표시소자는, 리버스 트위스트 배열상태가 매우 안정이고, 또한 그 상태에서의 전기광학특성이 통상의 트위스티드 네마틱크형 액정표시소자보다 우수하다. 그렇지만, 리버스 트위스트 배열상태와 스프레이 트위스트 배열상태의 쌍안정성을 적극적으로 이용하는 발명은 아니다.

리버스 트위스트 배열상태와 스프레이 트위스트 배열상태간의 천이를 이용하여 표시를 실시하는 액정소자의 발명이 특허문헌4에 개시되어 있다. 특허문헌4 기재의 액정소자에 있어서는, 각 배열상태를 서로 스위칭 가능하다. 그러나 각 배열상태에 의한 표시는 선택적이며, 예를 들어 흑(黑)표시, 백(白)표시는 가능해도 그레이 표시(중간조 표시)를 실시할 수 없다.

TFT를 이용한 FFS 모드(fringe field switching mode)의 액정표시패널의 발명이 특허문헌5에 기재되어 있다. 특허문헌5 기재의 발명에 의하면, 액정표시패널의 실질적인 개구율(開口率)을 향상시켜, 표시의 밝기, 콘트라스트를 개선해, 표시 품질을 높일 수 있다. 특허문헌5에 나타나는 구조는, 카이럴제를 포함하지 않는 패러렐 배향액정층을 가지는 액정소자에는 적용 가능하지만, 예를 들어 특허문헌4 기재의, 두개의 안정적인 배열상태를 스윗칭 하여 표시를 실시하는 리버스 트위스티드 네마틱형 액정표시소자에는 적합하지 않는다. 그리고 특허문헌5에 중간조 표시에 관한 기재는 없다.

FFS 모드로 구동하는 경우, 액정층을 패러렐 배향으로 하는 것이 일반적이다. 또, 화소전극으로서 TFT와 접속된 즐치(櫛齒)전극을 이용하는 것이 많고, 코먼(common) 전극으로서는 즐치전극의 하부에 베타 전극을 설치하는 것이 일반적이다. 이 경우, 대향 기판에는 전극을 형성하지 않는 것이 많다.

본 발명의 발명자들이 행한, 20˚이상 45˚이하의 비교적 낮은 프레틸트각을 가지는 리버스 트위스티드 네마틱형 액정표시소자의 발명이 특허문헌6에 개시되어 있다. 이 액정표시소자에는, 카이럴 피치를 p, 액정층의 두께를 d로 할 때, 예를 들어 d/p가 0.04를 초과하고 0.25 미만이 되도록, 카이럴제가 비교적 적게 첨가되어 있다. 특허문헌6 기재의 액정표시소자는, 리버스 트위스트 배열상태와 스프레이 트위스트 배열상태의 쌍안정 표시가 가능하고, 메모리성이 높고, 콘트라스트비도 비교적 높으며, 전기적 스위칭이 가능한 리버스 트위스티드 네마틱형 액정표시소자이다.

특허문헌6 기재의 액정표시소자는, 고(高)콘트라스트비가 실현된, 표시품질이 높은 액정표시소자이다. 다만, 정면 관찰시의 콘트라스트가 높다고는 할 수 없다. 이것은 반사형 디스플레이로서 사용하는 경우에는 비교적 바람직하지만, 투과형 디스플레이로서 이용하는 경우에는 바람직하다고는 할 수 없는 광학 특성이다.

또한, 예를 들어 실온에 있어서의 메모리성은 높기는 하지만, 실온과는 다른 온도에서는, 리버스 트위스트 배열상태에 의한 표시를 보지할 수 없는 경우가 생기고, 특히 60℃이상의 고온 상태에서는 보지하는 것이 곤란하다. 따라서, 용도에 따라서는, 예를 들어 차량탑재용, 항공기용, 옥외용의 액정표시소자로서 이용하는 경우는, 표시의 메모리성이 불충분이 되는 경우가 있다.

[특허문헌1]　일본특허 2510150호 공보 [특허문헌2]　일본특허공개 2007-293278호 공보 [특허문헌3]　일본특허공개 2010-186045호 공보 [특허문헌4]　일본특허공개 2011-107376호 공보 [특허문헌5]　일본특허 4238877호 공보 [특허문헌6]　일본특허공개 2011-203547호 공보

본 발명의 목적은, 양호 또는 다양한 표시를 실시할 수 있는 액정소자, 및 그 구동방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 1 관점에 의하면, 제1의 기판과, 전기 제1의 기판에 대향해서 배치된 제2의 기판과, 전기 제1의 기판과 전기 제2의 기판의 사이에 배치되고, 카이럴제를 포함하여, 서로 다른 2개의 액정분자 배열상태를 가환적(可換的)으로 실현되는 액정층을 가지는 액정소자가 제공된다.

본 발명에 의하면, 양호 또는 다양한 표시를 실시하는 것이 가능한 액정소자, 및 그 구동 방법을 제공할 수 있다.

도 1은, 제1의 실시예에 의한 액정표시소자를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2는, ITO막의 에칭에 사용하는 포토마스크(photomask)를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 3a~도 3e는, 전압 인가시의 전계 방향을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 4a~도 4c는, 제1의 실시예에 의한 액정표시소자의 외관사진이다.
도 5a~도 5c는, 제1의 실시예에 의한 액정표시소자의 광학특성을 나타내는 그래프이다.
도 6a~도 6c는, 액정층의 일부에 종(縱)전계를 부가한 액정표시소자의 사진이다.
도 7은, 제1, 제2즐치전극(12c, 12d의)의 형성 태양(態樣)의 다른 예(변형예)를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 8a는, 제2의 실시예에 의한 액정표시장치를 나타내는 모식도이며, 도 8b는, 화소부(34)의 전극 구조를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 9a 및 도 9b는, 각각 제3의 실시예에 의한 액정표시소자를 나타내는 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 10a~도 10g는, 제3의 실시예에 의한 액정표시소자의 제조방법을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 11a~도 11d는, 제3의 실시예에 의한 액정표시소자의 제조방법을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 12a는, 제3의 실시예에 의한 액정표시소자 완성 후(초기상태)의 화소영역을 나타내는 사진이며, 도 12b는, 공통전극(12a)과 아래쪽 베타전극(12b)과의 사이에 전압을 인가하고, 액정층(15)에 종전계를 부가한 후의 화소영역을 나타내는 사진이다.
도 13a 및 도 13b는, 각각 제4의 실시예에 의한 액정표시소자를 나타내는 개략적인 단면도 및 평면도이다.
도 14a~도 14g는, 제4의 실시예에 의한 액정표시소자의 제조방법을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 15a~도 15e는, 제4의 실시예에 의한 액정표시소자의 제조 방법을 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 16은, 액정층이 리버스 트위스트 배열상태일 때의 표시의 보지성(保持性)을, 복수의 온도에 대해 조사한 결과를 나타내는 표이다.
도 17은, 카이럴제의 피치길이의 온도의존성을 나타내는 그래프이다.
도 18은, 리버스 트위스트 배열상태에 의한 표시 보지(메모리성)의 온도의존성을, 더욱 자세하게 조사한 결과를 나타내는 표이다.
도 19a~도 19d는, 자외선 경화성 재료를 2wt% 첨가한 액정표시소자의 메모리 안정성에 대해 실험한 결과를 나타내는 사진이다.
도 20은, 도 19c에 외관 사진을 나타낸 액정표시소자(90℃으로 30 분의 열처리를 베푼 후의 액정표시소자)를 나타내는 현미경 사진이다.
도 21a~도 21d는, 다른 첨가량(1wt%, 2wt%, 5wt%)으로 자외선 경화성재료를 첨가한 액정표시소자의 메모리 안정성에 대해 실험한 결과를 나타내는 사진이다.
도 22는, 대표적인 제작조건 및 표시상태의 액정소자의 관찰상(像)을 나타내는 도면이다.
도 23은, 프레틸트각이 46˚정도, 트위스트각이 70˚의 액정소자에 있어서의 콘트라스트와 표시 보지성능의 평가 결과를 나타내는 도면이다.
도 24는, 도 23에 나타낸 조건 중 피치p를 8.0μm~9.0μm로 한 액정소자(d/p의 값을 0.444~0.500으로 한 액정소자)에 있어서의 표시 보지성능의 온도특성의 평가 결과를 나타내는 도면이다.
도 25는, 도 24에 나타낸 평가에 이용한 액정소자의 관찰상을 나타내는 도면이다.
도 26은, 피치조건을 9μm(쇼트 피치 조건) 및 12μm(롱 피치 조건)로 한 액정소자의 관찰상을 나타내는 도면이다.
도 27은, 도 24에 나타낸 제작 조건에 대응한 각 액정소자의 광학 특성을 나타내는 도면이다.
도 28은, 도 24에 나타낸 제작조건에 대응한 각 액정소자의 광학특성을 나타내는 도면이다.
도 29는, 도 24에 나타낸 제작조건에 대응한 각 액정소자의 광학특성을 나타내는 도면이다.
도 30은, 도 24에 나타낸 제작조건에 대응한 각 액정소자의 광학 특성을 나타내는 도면이다.
도 31은, 도 24에 나타낸 제작 조건에 대응한 각 액정소자의 광학 특성을 나타내는 도면이다.
도 32는, 제6의 실시예에 의한 액정소자에 대해 각 전극에 전압을 인가하여, 스위칭 했을 때의 모습을 나타내는 도면이다.
도 33은, 제7의 실시예에 의한 액정표시소자의 제조 방법을 나타내는 플로차트(flow chart)이다.
도 34a 및 도 34b는, 제작된 복수의 액정표시소자에 대해서, 표시상태의 편광 현미경관찰결과를 나타내는 사진이며, 도 34c는, 포칼코닉(focal conic) 배향의 액정분자 배열의 개략을 나타내는 도면이다.
도 35a 및 도 35b는, 프레틸트(pretilt)각을 약 45˚, d/p를 0.8로 하는 조건으로 제작한 액정표시소자(도 34b에 표시 상태를 나타내는 액정표시소자)에 대해서, 0˚- 180˚방위(좌우 방위)의 투과율 시각의존성을 나타내는 그래프, 및, 등(等)콘트라스트 곡선을 나타내는 도면이며, 도 35c는, 특허문헌6에 기재된 발명의 실시예에 의한 액정표시소자의 시각-콘트라스트 특성을 나타내는 그래프이다.
도 36은, 리버스 트위스트 배열상태, 및, 포칼코닉 배열상태의 쌍안정 상태를 실현가능한 조건을 나타내는 그래프이다.
도 37은, 상측투명기판(11a)상에 형성되는 ITO막의 패턴을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 38은, 하측투명기판(11b)상에 형성되는 ITO막의 패턴을 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 39는, ITO막의 에칭에 사용하는 포토마스크(photomask)를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 40은, 하측기판(10b)에 형성되는 하측 배향막(14b)의 형성 영역의 일부를 나타내는 개략적인 평면도이다.
도 41은, 제7의 실시예에 의한 액정표시소자의 구조를 나타내는 개략적인 평면도이다
도 42a~도42c는, 제7의 실시예에 의한 액정표시소자의 외관 사진이다.

도 1은, 제1의 실시예에 의한 액정표시소자를 나타내는 개략적인 단면도이다.

우선 제1의 실시예에 의한 액정표시소자의 제조 방법을 설명한다.

투명 도전막, 예를 들어 ITO막이 형성된 투명 기판, 예를 들어 유리기판을 2매{상측투명기판(11a), 하측투명기판(11b)}를 준비하고, 이것들을 세정했다.

상측투명기판(11a)상의 ITO막을 포트리소 공정을 이용하여 패터닝 하고, 상측투명기판(11a)상에 상측베타전극(12a)을 형성했다. 패터닝은, 취출(取出)전극부분(단자부분)과 표시의 화소에 해당되는 부분에 ITO막이 남도록 행했다. ITO막의 에칭은, 제2염화철을 이용한 웨트에칭(wet etching)으로 실시했다. 또한 레이저 빔을 조사해, 조사 위치의 ITO막을 제거하는 것으로 패터닝을 실시해도 괜찮다.

하측투명기판(11b)상의 ITO막을 포트리소 공정을 이용해 패터닝 하고, 하측투명기판(11b)상에 하측베타전극(12b)을 형성했다. 형성방법은, 상측투명기판(11a)의 상측베타전극(12a)의 형성방법과 같다.

하측베타전극(12b)의 형성 후, 하측베타전극(12b)상을 포함하는 하측투명기판(11b)상에 절연막(13)을 형성했다. 절연막(13)은, 예를 들어 하측베타전극(12b)의 취출전극부분에는 형성하지 않는다. 절연막(13)은, 하측베타전극(12b)의 취출전극 부분에 레지스터를 형성하고, 절연막(13) 성막 후에 리프트오프로 레지스터를 제거하는 방법, 메탈 마스크로 취출전극 부분을 가린 상태로 스팩터 등에 의해 형성하는 방법에 의해 형성이 가능하다. 절연막(13)은, 유기절연막이나 SiO₂, SiN_x등의 무기절연막으로 할 수 있다. 그들의 조합으로 형성해도 좋다. 실시예에 있어서는, 아크릴계 유기절연막과 SiO₂의 적층막을 절연막(13)으로서 이용했다.

실시예에 있어서는, 우선 하측베타전극(12b)의 취출전극 부분에 내열성 필름(폴리이미드 테이프)을 붙이고, 그 상태로 유기절연막을 스핀 코트(spin coat) 했다. 2000rpm로 30초간 스핀 시키는 조건으로, 막 두께 1μm의 유기절연막을 얻었다.

다음에, 유기절연막이 형성된 하측투명기판(11b)을, 클린 오븐에서 220℃에서 1시간 소성하고, 그 후 내열성 필름을 붙인 채로 하측투명기판(11b)을 80℃로 가열하고, SiO₂막을 스팩터법(교류 방전)에 의해 두께 1000Å으로 성막 했다. SiO₂막은, 진공 증착법, 이온 빔법, CVD(chemical vapor deposition)법 등을 이용해 성막할 수도 있다.

여기서 내열성 필름을 벗기면, 내열성 필름의 점착 개소에 대해, 유기절연막 및 SiO₂막을 제거할 수 있었다. 계속해서, SiO₂막의 절연성과 투명성을 향상시키기 위해서, 하측투명기판(11b)을 클린 오븐에서 220℃에서 1시간 소송하였다.

SiO₂막의 형성은 필수는 아니지만, SiO₂막을 성막하는 것으로 절연막(13)의 절연성을 향상시킬 수 있다. 또, 절연막(13)상에 형성하는 제1,제2즐치전극(12c, 12d)의 밀착성 및 패터닝성을 향상시키는 것이 가능하다.

유기절연막을 형성하지 않고, 절연막(13)을 SiO₂막만으로 구성해도 괜찮다. SiO₂막은 다공질이 되기 쉽기 때문에, 이 경우에는, SiO₂막의 두께를 4000Å~8000Å으로 하는 것이 바람직하다. SiO₂막과 SiN_x막과의 적층막으로부터 되는 무기절연막(13)으로 할 수도 있다.

절연막(13)상에 ITO막을 형성했다. ITO막은, 하측투명기판(11b)을 100℃로 가열하고, 스팩터법(교류방전)에 의해 기판 전면에 성막했다. 막 두께는 약 1200Å으로 했다. 이 ITO막을 포트리소 공정으로 패터닝 하고, 제1즐치전극(12c), 제2즐치전극(12d), 및 그 즐치전극(12c, 12d)의 취출전극을 형성했다.

도 2는, ITO막의 에칭에 사용하는 포토마스크를 나타내는 개략적인 평면도이다. 포토마스크는, 제1즐치전극(12c) 대응부분, 제2즐치전극(12d) 대응부분, 제1즐치전극(12c)의 취출전극 대응부분, 및, 제2즐치전극(12d)의 취출전극 대응부분을 포함한다. 에칭시, 각 대응부분으로 덮인 ITO막으로 전극이 형성된다. 또한 본 발명의 발명자들은, 즐치전극의 즐치부분의 전극폭을 20μm, 30μm, 2개의 즐치전극의 즐치부분을 교대로 배치했을 때의 전극간격을 20μm, 30μm, 50μm, 100μm, 200μm로 하는 복수의 전극패턴으로, 제1즐치전극(12c) 및 제2즐치전극(12d)을 제작했다.

이상과 같은 공정을 거쳐, 상측베타전극(12a)이 형성된 상측투명기판(11a), 및, 하측베타전극(12b) 및 그 상방에 절연막(13)을 개입시켜 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)이 형성된 하측투명기판(11b)을 준비했다. 그리고 이 2매의 전극부착 투명 기판(11a)(11b)을 세정, 건조했다. 세정은, 예를 들어 수세, 일례로서 세제를 사용한 또는 사용하지 않는 순수한 물 세정을 실시한다. 브러쉬 세정, 스프레이 세정 등으로 할 수 있다. 탈수한 뒤, UV세정을 하고, IR건조를 실시한다.

전극부착 투명기판(11a, 11b)상에, 전극(12a, 12c, 12d)을 덮도록 배향막재료를 도포한다. 배향막재료의 도포는 스핀 코트를 이용해 행하였다. 후레키소 인쇄나 잉크젯 인쇄를 이용해 행하여도 괜찮다. 실시예에 있어서는, 통상은 수직 배향막의 형성에 사용되는, 폴리이미드 배향막재료의 측쇄밀도를 컨트롤 하여, 배향막재료로서 이용했다. 측쇄밀도의 컨트롤은, 적당한 프레틸트각의 부여를 가능하게 하기 위해서다. 배향막재료는, 배향막의 두께가 500Å~800Å이 되도록 도포했다.

배향막재료를 도포한 기판(11a, 11b)에 대해서, 클린 오븐으로 소성온도를 200℃으로 하여 1시간의 소성을 실시했다. 이렇게 해서 상측베타전극(12a)을 덮는 상측배향막(14a), 및 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)을 덮는 하측배향막(14b)이 형성되었다.

다음에, 러빙처리(배향처리)를 실시했다. 러빙처리는, 압입량을 0.8 mm(스트롱 러빙조건)으로 하여 행했다. 또 러빙처리는, 액정표시소자의 트위스트각이 70˚또는 90˚이 되도록 실시했다.

이렇게 하여 상측기판(10a), 및 하측기판(10b)이 제작되었다. 상측기판(10a)은, 상측투명기판(11a), 상측투명기판(11a)상에 형성된 상측베타전극(12a), 및 상측베타전극(12a)을 덮도록 형성된 상측배향막(14a)을 갖춘다. 하측기판(10b)은, 하측투명기판(11b), 하측투명기판(11b)상에 형성된 하측베타전극(12b), 하측베타전극(12b)상에 형성된 절연막(13), 절연막(13)상에 즐치부분이 인터디지털에 배치된 제1, 제2즐치전극(12c, 12d), 및 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)을 덮도록 형성된 하측배향막(14b)을 갖춘다.

계속 해서, 액정 셀의 두께를 일정하게 유지하기 위해, 기판(10a, 10b)의 한편의 면에 갭 컨트롤재를 예를 들어 건식산포법으로 산포했다. 갭 컨트롤재에는 입경 4μm의 플라스틱 볼을 사용하여 액정 셀의 두께가 4μm이 되도록 했다.

기판(10a, 10b)의 다른 면에는 씰재를 인쇄하여, 메인 씰 패턴을 형성했다. 예를 들어 입경 4μm의 유리 섬유를 포함한 열경화성의 씰재를, 스크린 인쇄법으로 인쇄한다. 디스팬서를 이용해 씰재를 도포할 수도 있다. 또, 열경화성이 아니고, 광경화성의 씰재나, 광·열병용 경화형의 씰재를 사용해도 괜찮다.

기판(10a, 10b)을 겹쳐서 맞추었다. 기판(10a, 10b)을 소정의 위치에서 겹쳐 맞추어 셀화하고, 프레스 한 상태로 열처리를 실시하여 씰재를 경화시켰다. 예를 들어 핫 프레스법을 이용해 씰재의 열경화를 실시한다. 이렇게 하여 공(空)셀이 제작된다.

예를 들어 진공 주입법으로 공셀에 네마틱 액정재료, 일례로서 (주)멜크 제의 ZLI-2293를 주입했다. 액정재료 중에는 카이럴제를 첨가했다. 카이럴제로는 (주)멜크제의 CB15를 사용했다. 카이럴제는, 카이럴피치 p, 액정층의 두께(셀두께) d로 했을 때, d/p가 예를 들어 0.5(d=4μm, p=8μm)가 되도록 첨가했다.

액정 주입구를, 예를 들어 자외선 경화 타입의 엔드 씰재로 봉지하고, 액정분자의 배향을 가지런히 하기 위해, 액정의 상(相)전이온도 이상으로 셀을 가열했다.

그 후, 스크라이바 장치로 투명기판(11a, 11b)에 입힌 손상을 따라 브레이킹하여, 개별의 셀로 작게 분할했다.

작게 분할된 셀에 대해, 모따기와 세정을 실시했다.

마지막으로, 2매의 투명기판(11a, 11b)의 액정층(15)과 반대측의 면에, 편광판(16a, 16b)을 붙였다. 2매의 편광판(16a, 16b)은 크로스 니콜(cross nicol)로, 그리고 투과축의 방향과 러빙방향이 평행이 되도록 배치했다. 직교 하도록 배치할 수도 있다. 전극(12a, 12b, 12c, 12d)사이에는 전원(20)을 접속했다.

이렇게 하여 제1의 실시예에 의한 액정표시소자가 제작되었다.

제1의 실시예에 의한 액정표시소자는, 서로 평행으로 대향 배치된 상측기판(10a), 하측기판(10b), 및 양 기판(10a, 10b)사이에 협지된 트위스트 네마틱 액정층(15)을 포함하여 구성된다.

상측기판(10a)은, 상측투명기판(11a), 상측투명기판(11a)상에 형성된 상측베타전극(12a), 및 상측베타전극(12a)상에 형성된 상측배향막(14a)을 포함한다. 하측기판(10b)은, 하측투명기판(11b), 하측투명기판(11b)상에 형성된 하측베타전극(12b), 하측베타전극(12b)상에 형성된 절연막(13), 절연막(13)상에 형성된 제1, 제2즐치전극(12c, 12d), 및, 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)을 덮도록 절연막(13)상에 형성된 하측배향막(14b)을 포함한다.

상측, 하측 투명기판(11a, 11b)은, 예를 들어 유리로 형성된다. 상측, 하측 베타전극(12a, 12b), 및 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)은, 예를 들어 ITO 등의 투명 도전재료로 형성된다. 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)은, 각각 복수의 즐치부분을 갖추는 빗살형상 전극이다. 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 즐치부분은, 도 1의 좌우 방향을 따라서 엇갈리게 배치되어 있다.

액정층(15)은, 상측기판(10a)의 상측배향막(14a)과, 하측기판(10b)의 하측배향막(14b)의 사이에 배치된다.

상측 및 하측 배향막(14a, 14b)에는, 러빙에 의해 배향처리가 행해져 있다. 상측배향막(14a)과 하측배향막(14b)의 배향처리방향은, 상측 및 하측 기판(10a, 10b)의 법선 방향에서 보았을 때, 예를 들어 70˚또는 90˚의 각도를 이루고 있다. 상측배향막(14a)의 러빙방향을 제1의 방향, 하측배향막(14b)의 러빙방향을 제2의 방향으로 하면, 제2의 방향은 상측기판(10a)의 법선 방향에서 보아, 제1의 방향을 기준으로, 우회전 방향으로 70˚또는 90˚을 이루는 방향이다. 상측 및 하측 기판(10a, 10b)의 배향처리방향과 프레틸트각의 조합으로 규정되는 액정층(15)의 액정분자의 배열상태는, 제1선회방향으로 비틀리는 리버스 트위스트 배열상태이다.

액정층(15)을 형성하는 액정재료에는 카이럴제가 첨가되어 있다. 카이럴제의 영향력 아래에서 생기는 액정분자의 배열상태는, 제1선회방향과는 반대의 제2선회방향으로 비틀리는 스프레이 트위스트 배열이다.

전원(20)이, 상측, 하측 베타전극(12a, 12b), 및 제1,제2즐치전극(12c, 12d)에, 전기적으로 접속되어 있다. 전원(20)에 의해서, 전극(12a~12d)에 전압을 인가하는(전위차를 준다) 것이 가능하다.

도 3a~도 3e는, 전압 인가시의 전계 방향을 나타내는 개략적인 단면도이다.

도 3a를 참조한다. 예를 들어 상측, 하측 베타전극(12a, 12b)간에 교류전압을 인가하는 것으로써, 액정층(15)(화소영역)전체{상측, 하측 베타전극(12a, 12b) 사이에 배치되는 액정층(15)}에 종 전계{액정층(15)의 두께 방향의 전계}를 부가할 수 있다.

도 3b를 참조한다. 예를 들어 하측베타전극(12b) 및 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)사이{하측베타전극(12b)과 제1즐치전극(12c)사이, 및, 하측베타전극(12b)과 제2즐치전극(12d)사이}에 교류전압을 인가하는 것으로, 액정층(15)(화소영역)전체{하측베타전극(12b) 상방의 액정층(15), 제1, 제2즐치전극(12c, 12d) 상방, 및, 제1, 2즐치전극(12c, 12d)사이의 영역상방의 액정층(15)}에 횡(橫)전계{액정층(15)의 두께 방향과 직교할 방향의 전계, 기판(10a, 10b) 면내방향의 전계}를 발생시킬 수 있다. 그리고 전극(12b)과 전극(12c, 12d)의 사이에 전압을 인가하는 것으로써, 액정층(15)에 횡 전계를 일으켜서, 액정표시소자를 구동하는 구동 모드를 FFS 모드(fringe field switching mode)라고 부른다. 도 3b에 나타내는 태양(態樣)의 FFS 모드에서 액정층(15)에 발생하는 횡 전계는, 도 1에 있어서의 좌우 방향에 따르는 전계이다.

도 3c를 참조한다. 상측베타전극(12a)과, 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 사이에 교류전압을 인가하는 것으로써, 액정층(15)(화소영역)의 일부, 예를 들어 제1, 제2즐치전극(12c, 12d) 상방의 액정층(15)에 종 전계를 부가할 수 있다.

도 3d를 참조한다. 제1즐치전극(12c)과 제2즐치전극(12d)의 사이에 교류전압을 인가하는 것으로써, 액정층(15)(화소영역)의 일부, 예를 들어 제1즐치전극(12c)과 제2즐치전극(12d)의 사이의 액정층(15)에 횡 전계를 부가할 수 있다. 그리고 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)사이에의 전압의 인가에 의해 액정층(화소영역)의 일부에 횡 전계를 일으키게 해서, 액정표시소자를 구동하는 구동모드를 IPS 모드(in-plane switching mode)라고 부른다.

도 3e를 참조한다. 하측베타전극(12b)과 제1즐치전극(12c)의 사이에 교류전압을 인가하는 것으로써, 액정층(15)(화소영역)의 일부, 예를 들어 제1즐치전극(12c)의 즐치부분 및 그 근방 상방의 액정층(15)에 횡 전계를 부가할 수 있다. 또한 마찬가지로 하측베타전극(12b)과 제2즐치전극(12d)의 사이에 교류전압을 인가하는 것으로써, 제2즐치전극(12d)의 즐치부분 및 그 근방 상방의 액정층(15)에 횡 전계를 부가하는 것도 가능하다.

도 4a~도 4c는, 제1의 실시예에 의한 액정표시소자의 외관 사진이다. 그리고 도 4a~도 4c에 나타내는 것은, 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 즐치부분의 전극폭을 20μm, 양 즐치전극(12c, 12d)의 즐치부분을 교대로 배치했을 때의 전극간격을 20μm로서 제작한 액정표시소자의, 즐치전극(12c, 12d) 형성 영역의 외관사진이다.

도 4a에, 제1의 실시예에 의한 액정표시소자가 완성한 상태(초기상태)의 외관 사진을 나타낸다. 초기상태에 있어서는, 액정분자는 스프레이 트위스트 배열상태가 된다. 밝은 흰색표시가 얻어지고 있다.

이 상태에 있어서, 도 3a에 나타낸 바와 같이, 상측베타전극(12a)과 하측베타전극(12b)의 사이에 역치전압, 즉 반응을 일으키는 최소물리량 전압 이상의 교류전압을 인가했다. 양 전극(12a, 12b)사이에의 전압의 인가에 의해, 액정층(15)(화소영역) 전체에 종 전계가 생긴다.

도 4b는, 전극(12a, 12b)사이에 전압을 인가한 후의 외관사진이다. 정면 관찰에 있어서도, 명료한 흑색표시가 얻어지고 있다. 전체가 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태에 천이한 것을 알 수 있다. 반대로 이것으로부터 양 전극(12a, 12b)사이로의 전압의 인가로, 액정층(15)(화소영역) 전체에 종 전계가 발생하는 것이 확인된다.

도 5a~도 5c는, 제1의 실시예에 의한 액정표시소자의 광학 특성을 나타내는 그래프이다. 도 5a~도 5c에는, 상측기판(10a), 하측기판(10b)의 러빙처리방향사이의 각도를 70˚로 하여 제작한 액정표시소자에 대한 광학특성을 나타냈다.

도 5a를 참조한다. 도 5a는, 콘트라스트비(스프레이 트위스트 배열상태로의 투과율/리버스 트위스트 배열상태로의 투과율)의 방위 및 극각(極角) 의존성을 나타낸다. 도면중의 R_U는 상측기판(10a)에 대해서 행해진 러빙처리의 방향을 나타내고, R_L는 하측기판(10b)에 대한 그것을 나타낸다. A의 화살표 방향과 평행한 방향으로 상측 편광판(16a)의 투과축방향을 나타내고, P의 화살표 방향과 평행한 방향으로 하측 편광판(16b)의 투과축방향을 나타낸다. 또, 굵은 화살표 방향과 평행한 방향(90˚-270˚방위)은, 액정층(15)의 액정분자의 배열상태가 리버스 트위스트 배열상태일 때의, 액정층(15)의 두께 방향의 중앙에 위치하는 액정분자의 배향방향을 나타낸다. 여기서 0˚-180˚방위는, 도 1에 있어서의 좌우 방향에 상당한다. 즉, 액정층(15)의 액정분자의 배열상태가 리버스 트위스트 배열상태일 때의, 액정층(15)의 두께 방향의 중앙에 위치하는 액정분자의 배향방향과 도 3b에 나타내는 태양의 FFS 모드에서 발생하는 횡 전계의 방향과는, 서로 직교하는 방향이다. 또한 이 점은, 상측기판(10a), 하측기판(10b)의 러빙처리방향사이의 각도를 90˚로 하여 제작한 액정표시소자에 대해서도 같다.

도 5b에, 90˚-270˚방위에 관한 투과율의 극각 의존성을 나타낸다. 기판(10a, 10b)의 법선방향(액정표시소자의 정면관찰방향)의 극각을 0˚으로 하고, 270˚방위로 기우는 기울기각을 정(正)의 극각으로 나타내며, 90˚방위로 기우는 기울기각을 부(負)의 극각으로 나타냈다. 도 5b의 그래프의 횡축은 극각을 단위 「˚」으로 나타내고, 세로축은 투과율을 단위「%」로 나타낸다. 검은 마름모를 연결한 곡선(「S-t」라고 표기)은, 액정분자가 스프레이 트위스트 배열상태일 때의 투과율의 극각 의존성을 나타내고, 검은 사각형을 연결한 곡선(「U-t」라고 표기)은, 액정분자가 리버스 트위스트 배열상태일 때의 그것을 나타낸다.

스프레이 트위스트 배열상태일 때의 정면 관찰시 투과율은 약 12.6%이며, 리버스 트위스트 배열상태일 때의 그것은 약 0.02%이다.

도 5c에, 90˚- 270˚방위에 관한 콘트라스트비의 극각 의존성을 나타낸다. 도 5c의 그래프의 횡축은, 도 5b의 그것과 동일하다. 세로축은 콘트라스트비를 나타낸다. 제1의 실시예에 의한 액정표시소자에 대해서는, 정면 관찰시에 콘트라스트비가 최대(최대치 566)가 된다.

그리고, 상측, 하측 기판(10a, 10b)의 러빙처리방향사이의 각도를 90˚으로 하여 제작한 액정표시소자에 대해서도 같은 결과를 얻을 수 있었다. 이와 같이 제1의 실시예에 의한 액정표시소자는, 예를 들어 밝은 흰색표시, 명료한 흑색표시로 표시를 실시할 수 있는, 광학특성이 뛰어난 액정표시소자이다.

도 4c를 참조한다. 본원 발명자들은, 다음에, 도 3b에 나타나 있는 바와 같이, 하측베타전극(12b)과 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 사이에 반응을 일으키는 최소물리량 전압 이상의 교류전압을 인가하고, 액정층(15)(화소영역) 전체에 횡 전계{제1, 제2즐치전극(12c, 12d)이 엇갈리게 배치되는 방향, 도 1및 도 3b에 있어서 좌 방향을 따르는 전계}를 발생시켰다.

도 4c는, 도 4b에 나타내는 상태의 액정표시소자에, 도 3b에 나타내는 태양의 횡 전계를 부가한 후의 외관사진이다. 전면이 초기상태와 같은 흰색표시 상태를 나타내는 스프레이 트위스트 배열상태에 재천이 하고 있는 것을 알 수 있다.

액정층(15)의 두께방향의 중앙에 위치하는 액정분자가, 종 전계의 부가에 의해, 횡방향(수평방향)으로부터 종방향(수직방향)으로 기우는 것으로, 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로의 스위칭을 하는 것이라고 생각할 수 있다. 또, 액정층(15)의 두께방향의 중앙에 위치하는 액정분자가, 횡 전계의 부가에 의해, 세로 방향으로부터 횡방향{액정층(15)의 두께방향의 중앙에 위치하는 액정분자의 스프레이 트위스트 배열상태에 있어서의 디렉터방향}으로 기우는 것으로, 리버스 트위스트 배열상태로부터 스프레이 트위스트 배열상태로의 스위칭을 하는 것이라고 생각할 수 있다.

그리고 리버스 트위스트 배열상태의 액정층(15)에 종 전계를 부가했을 경우는, 리버스 트위스트 배열상태가 유지되고, 스프레이 트위스트 배열상태의 액정층(15)에 횡 전계를 부가했을 경우는, 스프레이 트위스트 배열상태가 유지된다.

계속해서 도 3c에 나타나 있는 바와 같이, 상측베타전극(12a)과, 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 사이에, 반응을 일으키는 최소물리량 전압 이상의 교류전압을 인가했다. 전극(12a)과 전극(12c, 12d)의 사이로의 전압의 인가에 의해, 액정층(15)의 일부{제1, 제2즐치전극(12c, 12d) 상방의 액정층(15)에 효과적으로 종 전계가 생긴다. 이 때문에, 제1, 제2즐치전극(12c, 12d) 상방의 액정분자가, 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태에 천이한다. 양 즐치전극(12c, 12d)사이의 영역상방에 있어서는, 스프레이 트위스트 배열상태가 유지된다.

도 6a~도 6c는, 액정층의 일부에 종 전계를 부가한 액정표시소자의 사진이다. 도 6a가 전체 사진, 도 6b가 확대 사진, 도6c가 현미경 사진을 나타낸다. 그리고 도 6a~도 6c에 나타내는 것은, 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 즐치부분의 전극폭을 20μm, 양 즐치전극(12c, 12d)의 즐치부분을 교대로 배치했을 때의 전극간격을 20μm로 해서 제작한 액정표시소자의 사진이다. 예를 들어 「S」, 「T」, 「A」, 「N」, 「L」, 「E」, 「Y」, 「L」, 「C」, 「D」, 「s」의 각 문자는, 20μm/20μm의 라인{제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 즐치부분의 전극폭}/스페이스{어긋나게 배치된 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 즐치부분사이의 거리}에서 패터닝 되어 있는 부분{제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 즐치부분의 배치 영역}으로 표시된다.

도 6a 및 도 6b를 참조하면, 「S」, 「T」, 「A」, 「N」, 「L」, 「E」, 「Y」, 「L」, 「C」, 「D」, 「s」의 각 문자가, 흰색(스프레이 트위스트 배열상태에 의한 표시)과 흑색(리버스 트위스트 배열상태에 의한 표시)의 중간적인 색조(밝기), 즉 그레이로 표시되어 있는 것을 알 수 있다.

도 6c는 그레이 표시(중간조 표시)되어 있는 부분을 포함한 영역의 현미경 사진이다. 그레이 표시부분에는, 미시적으로는, 흑색 표시부분(리버스 트위스트 배열상태 부분)과 흰색 표시부분(스프레이 트위스트 배열상태 부분)이 스트라이프 형상으로 배치되어 있다. 전극(12a)과 전극(12c, 12d)의 사이에 전압을 인가하는 것으로, 흑색 표시(리버스 트위스트 배열상태)로 천이 한 것은, 평면에서 보아, 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 즐치부분 배치 영역 혹은 즐치부분의 폭보다 조금 넓은 영역이었다. 그 외의 영역은, 흰색 표시(스프레이 트위스트 배열상태)가 유지되었다. 현미경 관찰에 의하면, 흑색 표시부분과 흰색 표시부분이 스트라이프(stripe) 형상으로 배치되어 있지만, 육안으로 보아 흑색과 흰색 스트라이프는 관찰되지 않고, 자연스러운 그레이 표시가 된다. 이것은 흑색 표시부분과 흰색 표시부분의 스트라이프 형상 분포가, 인간의 눈의 분해가능 이상의 세밀도를 가지고 있기 때문이라고 생각할 수 있다.

그리고 도 6a~도 6c의 사진에 나타낸 예에 있어서는, 라인/스페이스가 20μm/20μm 이었지만, 50μm~100μm/50μm~100μm정도 이하이면, 육안으로 보아 자연스러운 그레이 표시가 관찰된다.

본 발명의 발명자들은, 리버스 트위스트 배열상태에 의한 흑색표시, 스프레이 트위스트 배열상태에 의한 흰색표시, 및, 그레이 표시(리버스 트위스트 배열상태가 되는 영역과 스프레이 트위스트 배열상태가 되는 영역을 1화소 중에 공존, 혼재시키는 것에 의한 표시)가, 별도 전압을 인가하지 않는 한, 그대로의 상태로 보지(메모리)되어 있던 것을 확인했다.

제1의 실시예에 의한 액정표시소자는, 액정분자의 배열상태가 리버스 트위스트 배열상태 및 스프레이 트위스트 배열상태의 쌍방에서 안정인, 배열상태의 쌍안정성을 가지는 액정표시소자이며, 또, 중간조 표시에 의해 다양한 표시가 가능한 액정표시소자이다.

본 발명의 발명자들은, 라인/스페이스가 20μm/20μm, 셀 두께 4μm의 실시예에 대해, 라인/스페이스가 20μm/20μm, 셀 두께 10μm의 참고예에 의한 액정표시소자를 제작하여, 같은 실험을 실시했다. 참고예에 의한 액정표시소자의 상측베타전극과 제1, 제2즐치전극의 사이에 전압을 인가했는데, 제1의 실시예와는 달리, 그레이 표시를 얻을 수 없었다. 현미경으로 관찰했는데, 제1, 제2즐치전극 상방의 액정분자 뿐만 아니라, 양 즐치전극간의 영역상방의 액정분자도 리버스 트위스트 배열상태로 천이하고 있는 것이 확인되었다.

참고예에 대한 실험으로부터, 라인/스페이스의 사이즈와 셀 두께가 어느 조건을 충족시킬 때 그레이 표시(중간조 표시)가 실현된다고 생각할 수 있다. 본 발명의 발명자들은, 심층 연구의 결과, 중간조 표시의 실현 조건이, 기본적으로 라인 사이즈{제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 즐치부분의 전극폭}에는 의존하지 않고, 스페이스 사이즈(엇갈리게 배치된 제1, 제2즐치전극의 즐치부분사이의 거리)와 셀 두께와의 관계가, 중간조 표시의 실현에 중요한 것을 찾아냈다. 셀 두께d가 10μm 미만의 경우에는 중간조 표시를 얻을 수 있었던 것으로부터, 즐치(빗살)형상 전극의 스페이스 사이즈 s가, 아래 식(1)

s＞2×d　··(1)

를 만족할 때, 중간조 표시가 가능하다고 말할 수 있을 것이다.

제1의 실시예에 대해서는, 상측 베타전극(12a)과 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 사이에 전압을 인가하고, 제1, 제2즐치전극(12c, 12d) 상방의 액정층(15)에 종 전계를 부가하고, 그 위치의 액정분자를 리버스 트위스트 배열상태로 천이시켰지만, 상측 베타전극(12a)과 제1즐치전극(12c)의 사이에만, 혹은 상측베타전극(12a)과 제2즐치전극(12d)의 사이에만, 반응을 일으키는 최소물리량 전압 이상의 교류전압을 인가해도 중간조 표시를 실현할 수 있다.

상측 베타전극(12a)과 제1즐치전극(12c)의 사이에 전압을 인가했을 경우, 제1즐치전극(12c) 상방의 액정층(15)에 종 전계가 부가되어 그 위치의 액정분자가 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로 천이한다. 상측 베타전극(12a)과 제2즐치전극(12d)의 사이에 전압을 인가했을 경우, 제2즐치전극(12d) 상방의 액정층(15)에 종 전계가 부가되고, 그 위치의 액정분자가 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로 천이한다.

또 실시예에 있어서는, 라인/스페이스가 20μm/20μm(라인：스페이스=1：1)이기 위해, 예를 들어 흰색표시(화소영역의 모든 액정분자가 스프레이 트위스트 배열상태) 시의 투과율을 100%, 흑색표시(화소영역의 모든 액정분자가 리버스 트위스트 배열상태) 시의 투과율을 0%로 했을 때, 투과율이 약 50%가 되는 그레이 표시를 얻을 수 있지만, 라인/스페이스의 비율을 조정하는 것으로써, 중간조 표시의 색조(밝기) 레벨을 변경하는 것도 가능하다. 라인 및 스페이스의 사이즈는, 식(1)의 조건에서, 임의에 선택할 수 있다.

도 7에, 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 형성 태양의 다른 예(변형예)를 나타낸다. 본 도면에는, 제1즐치전극(12c)의 라인 사이즈(즐치부분의 전극폭)를 20μm, 제2즐치전극(12d)의 그것을 40μm, 양전극(12c, 12d)의 스페이스 사이즈를 10μm로 하여 형성한 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)을 나타냈다. 즉, 전극(12c)의 라인 사이즈：전극(12d)의 라인 사이즈：스페이스 사이즈=2：4：1이다.

이와 같이 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)을 형성했을 경우, 상측베타전극(12a)과 제1즐치전극(12c)의 사이에, 최소물리량 전압 이상의 전압을 인가하면, 제1즐치전극(12c) 상방의 액정층(15)에 종 전계가 발생하고, 그 위치의 액정분자가 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로 천이한다. 이 때문에, 이 전압인가태양에 있어서는, 투과율이 약 25%의 중간조 표시가 실현된다.

또, 상측베타전극(12a)과 제2즐치전극(12d)의 사이에 반응을 일으키는 최소 물리량 전압이상의 전압을 인가하면, 제2즐치전극(12d) 상방의 액정층(15)에 종 전계가 발생하고, 그 위치의 액정분자가 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태에 천이하기 위한, 투과율이 약 50%의 중간조 표시가 실현된다.

또한, 상측베타전극(12a)과 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 사이에, 반응을 일으키는 최소물리량 전압 이상의 전압을 인가하면, 제1및 제2즐치전극(12c, 12d) 상방의 액정층(15)에 종 전계가 발생하고, 그 위치의 액정분자가 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로 천이하여, 투과율이 약 75%의 중간조 표시가 실현된다.

이러한 중간조 표시와, 액정층(15)(화소영역) 전체의 액정분자가 스프레이 트위스트 배열상태일 때의 흰색 표시, 및, 액정층(15)(화소영역) 전체의 액정분자가 리버스 트위스트 배열상태일 때의 흑색표시에 추가하여, 변형예에 의한 액정표시소자에 있어서는, 투과율이 균등한 비율로(비례적으로) 변화하는, 5계조(階調)의 표시를 실현할 수 있다.

변형예에 의한 액정표시소자는, 제1및 제2즐치전극(12c, 12d)의 라인 사이즈가 서로 다른 점에 특징을 가진다. 또한, 균등한 비율로 투과율이 변경 가능하도록, 각 전극(12c, 12d)의 라인 사이즈와 스페이스 사이즈를 고안하고 있는 점에 특징을 가진다. 변형예에 의한 액정표시소자에 의하면, 제1의 실시예에 의한 액정표시소자에 비교하여, 한층 다양한 표시를 실시할 수 있다.

여기까지의 설명에 있어서는, 스프레이 트위스트 배열상태인 액정층(15)(화소영역)의 일부에 종 전계를 발생시켜 중간조 표시를 실시했지만, 예를 들어 제1의 실시예 및 변형예에 의한 액정표시소자에 대해, 도 3d를 참조해 설명한 IPS 모드로 액정층(15)(화소영역)의 일부에 횡 전계를 일으키게 하고, 중간조 표시를 실시하는 것도 가능하다. 예를 들어 액정층(15)(화소영역) 전체의 액정분자가 리버스 트위스트 배열상태인 경우에, 제1즐치전극(12c)과 제2즐치전극(12d)의 사이에 교류전압을 인가하면, 양 전극(12c, 12d)의 즐치부분사이의 영역 및 그 상방에게 횡 전계가 발생하고, 그 위치의 액정층(15)의 액정분자가 스프레이 트위스트 배열상태로 천이해 중간조 표시를 한다.

예를 들어 액정층(15)의 액정분자가 리버스 트위스트 배열상태인 제1의 실시예에 의한 액정표시소자에 IPS 모드에서 횡 전계를 부가{제1, 제2즐치전극(12c, 12d)사이에 교류전압을 인가}했을 때에 얻을 수 있는 중간조 표시의 색조(밝기)는, 스프레이 트위스트 배열상태인 액정층(15)(화소영역)의 일부에 종 전계를 부가{상측베타전극(12a)과, 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 사이에 교류전압을 인가}해 행한 중간조 표시의 그것과 대략 같고, 흑색표시시의 투과율을 0%로 하고, 흰색 표시시의 투과율을 100%로 했을 때의 투과율이 약 50%가 된다.

또, 도 3e를 참조해 설명한 태양의 전계를 부가해 리버스 트위스트 배열상태의 액정층(15)(화소영역)의 일부를 스프레이 트위스트 배열상태로 천이시키고, 중간조 표시를 실시하는 것도 가능하다. 도 3e에 나타내는 태양의 경우, 제1즐치전극(12c)의 즐치부분 형성 영역 및 그 근방 상방의 액정층(15)의 액정분자를 스프레이 트위스트 배열상태로 천이시켜, 중간조 표시를 실현한다.

액정층(15)(화소영역)의 일부에 횡 전계를 발생시키고, 그 영역의 액정분자를 리버스 트위스트 배열상태로부터 스프레이 트위스트 배열상태로 천이시키는 방법에 의하면, 전기 식(1)의 관계가 만족되지 않은 경우에도, 중간조 표시를 얻는 것이 가능하다. 이 때문에, 액정층(15)(화소영역)의 일부에 횡 전계를 발생시키고, 그 영역의 액정분자를 리버스 트위스트 배열상태로부터 스프레이 트위스트 배열상태로 천이시키는 구동방법은, 액정층(15)(화소영역)의 일부에 종 전계를 발생시키고, 그 영역의 액정분자를 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로 천이시키는 구동방법보다, 범용성이 높은 구동방법(표시변환방법)이라고도 말할 수 있다. 다만 종 전계를 이용하는 전기 변형예의 경우는 5계조 표시를 실시할 수 있지만, 횡 전계를 이용하는 경우는, 예를 들어 3계조 표시까지밖에 실시할 수 없다.

전술과 같이, 실시예에 의한 액정표시소자는, 액정분자의 배열상태가 리버스 트위스트 배열상태 및 스프레이 트위스트 배열상태의 쌍방에서 안정된, 메모리성을 가지는 액정표시소자이다. 쌍안정성을 이용해 디스플레이에 응용할 수 있고, 그 경우, 메모리성을 이용한 구동이 가능하다. 예를 들어 도트매트릭스(dot matrices) 표시를 실시하는 경우, 라인마다 표시의 고쳐쓰기를 실시하면 좋고, 흰색 표시를 하고 싶은 화소에는 횡 전계를 부가하고, 흑색표시를 하고 싶은 화소에는 종 전계를 부가한다. 또 중간조 표시를 실시하고 싶은 화소에는, 액정층(화소영역)의 일부에 종 전계 또는 횡 전계를 부가한다. 여러가지 구동방법을 생각할 수 있다. 이하, 제2의 실시예로서 XY전극을 사용한 매트릭스 표시를 실시하는 액정표시장치에 대해 설명한다.

도 8a는, 제2의 실시예에 의한 액정표시장치를 나타내는 모식도이며, 도 8b는, 화소부(34)의 전극 구조를 나타내는 개략적인 평면도이다.

제2의 실시예에 의한 액정표시장치는, 복수의 화소부(34)를 매트릭스 형상으로 배열하여 구성되는 단순 매트릭스형의 액정표시장치이며, 각 화소부(34)로서 제1의 실시예에 의한 액정표시소자와 같은 화소구성이 이용되어 있다. 구체적으로는, 제2의 실시예에 의한 액정표시장치는, X방향으로 뻗은 m개의 제어선 B1~Bm와, 이러한 제어선 B1~Bm에 대해서 제어신호를 주는 드라이버(31)와, 각각이 제어선 B1~Bm와 교차해 Y방향으로 뻗은 n개의 제어선 A1~An와, 이러한 제어선 A1~An에 대해서 제어신호를 주는 드라이버(32)와, 각각이 제어선 B1~Bm와 교차해 Y방향으로 뻗은 n개의 제어선 C1~Cn 및 D1~Dn와, 이러한 제어선 C1~Cn 및 D1~Dn에 대해서 제어신호를 주는 드라이버(33)와, 제어선 B1~Bm와 제어선 A1~An와의 각 교점 영역에 획정된 화소부(34)를 포함하여 구성된다.

각 제어선 B1~Bm, A1~An, C1~Cn 및 D1~Dn는, 예를 들어 스트라이프 형상으로 형성된 ITO 등의 투명도전막으로부터 된다. 제어선 B1~Bm와 A1~An가 교차하는 부분이 상측베타전극(12a) 및 하측베타전극(12b)으로서 기능한다(도 8b참조). 또, 제어선 C1~Cn에 대해서는, 각 화소부(34)에 상당하는 영역에 설치된, 제1즐치전극(12c)의 즐치부분과 접속되어 있다. 마찬가지로 제어선 D1~Dn에 대해서는, 각 화소부(34)에 상당하는 영역에 설치된, 제2즐치전극(12d)의 즐치부분과 접속되어 있다.

제2의 실시예에 의한 액정표시장치의 구동방법의 일례로서 제어선 B1, B2, B3,··와 라인마다 표시 바꿔 쓰기를 실시하는 방법{선(線)순차구동법}에 대해 설명한다. 이 경우, 예를 들어 상대적으로 밝은 표시(흰색표시에 가깝게 되는 표시)로 하고 싶은 화소부(34)에는 횡 전계를 인가하고, 상대적으로 어두운 표시(흑색표시에 가깝게 되는 표시)로 하고 싶은 화소부(34)에는 종 전계를 인가한다.

일례로서 흑색표시 또는 흰색표시를 실시하는 경우는, 제어선 B1에는 배향 상태의 천이가 생기지 않는 정도의 구형파전압(예를 들어 1.5 V정도로 150 Hz)을 인가하고, 제어선 A1~An, C1~Cn 및 D1~Dn에는 그것과 동기(同期)하고, 혹은 반주기 어긋난, 역치(threshold value), 즉 반응을 일으키는 최소 물리량의 전압 정도의 구형파 전압(예를 들어 1.5 V정도로 150 Hz)을 인가한다.

상세하게는, 제어선 A1~An 가운데, 흑색표시로 하고 싶은 화소부(34)에 대응하는 제어선에는, 제어선 B1에 인가한 구형파 전압과 반주기 어긋난 구형파 전압을 인가한다. 이 때 제어선 C1~Cn 및 D1~Dn에는 전압을 인가하지 않는다. 그것에 의해, 화소부(34)에는 실효적으로 3.0 V정도의 전압이 인가되어 종 전계가 부가된다. 이 전압이 포화전압 이상이라고 하면, 액정층(15)에 배향상태의 천이(리버스 트위스트 배열상태로의 천이)를 일으키게 해 해당 화소부(34)의 광투과율을 변화시킬 수 있다.

한편, 제어선 A1~An 가운데, 표시를 변화시킬 필요가 없는 화소부(34)에 대응하는 제어선에는, 제어선 B1에 인가되는 구형파 전압과 동기 한 구형파 전압을 인가한다. 이 때도 제어선 C1~Cn 및 D1~Dn에는 전압을 인가하지 않는다. 그것에 의해, 해당 화소부(34)에서는 실효적으로 전압이 인가되어 있지 않은 상태가 된다. 따라서, 액정층(15)에는 배향 상태의 천이가 생기지 않고, 광투과율이 변화하지 않는다.

또, 제어선 C1~Cn 및 D1~Dn 가운데, 흰색표시로 하고 싶은 화소부(34)에 대응하는 제어선에는, 제어선 B1에 인가한 구형파 전압과 반주기 어긋난 구형파 전압을 인가한다. 이 때 제어선 A1~An에는 전압을 인가하지 않는다. 그것에 의해, 화소부(34)에는 실효적으로 3.0 V정도의 전압이 인가되어 횡 전계가 부가된다. 이 전압이 포화 전압 이상이라고 하면, 액정층(15)에 배향 상태의 천이(스프레이 트위스트 배열상태로의 천이)를 일으키게 해 해당 화소부(34)의 광투과율을 변화시킬 수 있다.

한편, 제어선 C1~Cn 및 D1~Dn 가운데, 표시를 변화시킬 필요가 없는 화소부(34)에 대응하는 제어선에는, 제어선 B1에 인가되는 구형파 전압과 동기 한 구형파 전압을 인가한다. 이 때도 제어선 A1~An에는 전압을 인가하지 않는다. 그것에 의해, 해당 화소부(34)에서는 실효적으로 전압이 인가되어 있지 않은 상태가 된다. 따라서 액정층(15)에는 배향 상태의 천이가 생기지 않고, 광투과율이 변화하지 않는다.

또한, 그레이 표시(중간조 표시)를 실시하는 경우는, 일례로서 흑색표시를 실시하고 있는(리버스 트위스트 배열상태이다) 화소부(34)에 대해서, 제어선 B1에는 배향 상태의 천이가 생기지 않는 정도의 구형파 전압(예를 들어 1.5V정도로 150Hz)을 인가해, 제어선C1~Cn에는 그것과 동기 해, 혹은 반주기 어긋난 반응을 일으키는 역치전압 정도의 구형파 전압(예를 들어 1.5 V정도로 150 Hz)을 인가한다.

상세하게는, 제어선 C1~Cn 가운데, 그레이 표시로 하고 싶은 화소부(34)에 대응하는 제어선에는, 제어선 B1에 인가한 구형파 전압과 반주기 어긋난 구형파 전압을 인가한다. 이 때 제어선 A1~An 및 D1~Dn에는 전압을 인가하지 않는다. 그것에 의해, 화소부(34) 가운데, 제1즐치전극(12c)의 즐치부분 및 그 근방 상방의 액정분자에는 실효적으로 3.0V정도의 전압이 인가되어 횡 전계가 부가된다. 이 전압이 포화전압 이상이라고 하면, 해당 영역의 액정분자에 배열상태의 천이(스프레이 트위스트 배열상태로의 천이)를 일으키게 해 해당영역{화소부(34)의 약 반의 영역}의 광투과율을 변화시킬 수 있다.

한편, 제어선 C1~Cn 가운데, 표시를 변화시킬 필요가 없는 화소부(34)에 대응하는 제어선에는, 제어선 B1에 인가되는 구형파전압과 동기한 구형파 전압을 인가한다. 이 때도 제어선 A1~An 및 D1~Dn에는 전압을 인가하지 않는다. 그것에 의해, 해당 화소부(34)에서는 실효적으로 전압이 인가되어 있지 않은 상태가 된다. 따라서 액정층(15)에는 배향 상태의 천이가 생기지 않고, 광투과율이 변화하지 않는다.

그리고, 제어선 B1와 제어선 C1~Cn에 동기하거나, 혹은 반주기 어긋난 전압을 인가하는 예를 나타냈지만, 제어선 B1와 제어선 D1~Dn에 동기하거나, 혹은 반주기 어긋난 전압을 인가해도 괜찮다.

이상과 같은 구동을 제어선 B2, B3,··와 차례차례 실행해 나가는 것으로 도트매트릭스 표시가 가능해진다. 이러한 구동에 의해 바꿔쓰기 된 표시상태는 반영구적으로 보지하는 것이 가능하다. 이 표시를 바꿔 쓰려면 다시 제어선 B1로부터 상기의 제어를 실행하면 된다.

그리고 C1~Cn 혹은 D1~Dn의 전극 폭이나, 인가하는 전압의 주기를 바꾸는 것으로, 더욱 섬세한 중간조 표시도 가능하다.

또한, 여기에서는 즐치전극의 전극폭이 균일한 경우에 대해 말했지만, 장소에 따라 전극폭이 차이가 나도 괜찮다. 전극폭이 균일한 경우, 얻을 수 있는 중간조 표시의 농담(濃淡)의 패턴에 의해 무아레(Moire) 모양이 보이는 일이 있지만, 그것을 저감 시키는 것이 가능하다.

그리고 여기에서는 이른바 단순 매트릭스형의 액정표시장치의 예를 나타냈지만, TFT 등을 이용한 액티브 매트릭스형의 액정표시장치로 하는 것도 가능하다. 액티브 매트릭스형의 액정표시장치의 경우에는 제어선 B1 등의 라인마다 바꿔 쓸 필요가 없어지므로, 바꿔쓰기시간을 단축할 수 있다. 또, 역치에 대해서 예를 들어 2배 이상의 전압의 인가도 가능하게 되기 때문에, 더욱 고속으로 바꿔 쓰기가 가능해진다.

이하, 제3, 제4의 실시예로서 TFT를 이용한 액정표시소자에 대해 설명한다.

도 9a 및 도 9b는, 각각 제3의 실시예에 의한 액정표시소자를 나타내는 개략적인 단면도 및 평면도이다. 도 9a는, 도 9b의 9A-9A선에 따르는 단면도이다. 도 9b는, 대략 1화소를 나타내고, X방향, Y방향에 따라서 같은 화소가 다수 형성되어 있다.

제3의 실시예에 의한 액정표시소자는, 서로 평행으로 대향 배치된 상측기판(10a), 하측기판(10b), 및 양 기판(10a, 10b)사이에 협지된 트위스트 네마틱 액정층(15)을 포함하여 구성된다.

상측기판(10a)은, 상측 투명기판(11a), 상측 투명기판(11a)상에 형성된 공통전극(상측베타전극)(12a), 및 공통전극(12a)상에 형성된 상측배향막(14a)을 포함한다. 하측기판(10b)은, 하측투명기판(11b), 하측투명기판(11b)상에 형성된 하측베타전극(12b), 코먼선(22), 주사선(23), 그것들을 덮도록 하측투명기판(11b)상에 형성된 절연막(13), 절연막(13)상에 형성된 슬릿전극(화소전극)(21), 반도체막(24), 소스전극(25), 드레인전극(26), 및, 그것들을 덮도록 절연막(13)상에 형성된 하측배향막(14b)을 포함한다.

상측, 하측 투명기판(11a, 11b)은, 서로 대향 배치되는 예를 들어 투명유리 기판이다. 투명한 플라스틱기판이어도 괜찮다. 상측, 하측 배향막(14a, 14b)사이에는, 예를 들어 다수의 스페이서(粒狀體)가 분산해서 배치되어 있고(도시하지 않음), 그러한 스페이서에 의해서 양 기판(11a, 11b)사이의 상호간격이 유지된다.

하측베타전극(12b)은, 하측투명기판(11b)의 일면측에 설치되어 있다. 하측베타전극(12b)은, 도 9b에 나타내듯이 예를 들어 대략 구형상(矩形狀)으로 형성되어 있고, 또한 일부가 코먼선(common line)(22)과 전기적으로 접속되어 있다. 하측베타전극(12b)은, ITO 등의 투명도전막을 패터닝 하는 것에 의해서 얻을 수 있다.

코먼선(22)은, 하측투명기판(11b)의 일면 측에 설치되어 있고, 일방향(도 9b의 Y방향)으로 뻗는다. 코먼선(22)은 하측베타전극(12b)과 접속되어 있고, 코먼선(22)을 개입시켜, 도시하지 않는 전압공급수단으로부터 하측베타전극(12b)에 대해서 소정의 전위가 주어진다. 코먼선(22)은, 예를 들어 알루미늄과 몰리브덴의 적층막 등의 금속막으로 형성된다.

주사선(23)은, 하측투명기판(11b)의 일면 측에 설치되어 있고, 일방향(도 9b의 Y방향)으로 뻗는다. 도 9b에 나타난 바와 같이, 이 실시예의 주사선(23)은, 코먼선(22)과의 사이에 하측베타전극(12b)을 사이에 두어 배치되어 있다. 주사선(23)은, 예를 들어 알루미늄과 몰리브덴의 적층막 등의 금속막으로 형성된다.

절연막(13)은, 하측투명기판(11b)의 일면 측에, 하측베타전극(12b), 코먼선(22), 및 주사선(23)을 덮게 설치되어 있다. 절연막(13)으로서는, 예를 들어 질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 혹은 이들의 적층막이 이용된다.

반도체막(24)은, 절연막(13) 위에, 주사선(23)과 중첩 하는 소정위치에 설치되어 있다. 반도체막(24)은, 도 9b에 나타나 있는 바와 같이, 섬(島)형상으로 패터닝 되어 있다. 반도체막(24)으로서는, 예를 들어 아몰퍼스(amorphous) 실리콘막을 이용할 수 있다. 주사선(23)의 반도체막(24)로 겹치는 부분은, TFT의 게이트 전극으로서 기능한다. 또, 절연막(13)의 반도체막(24)과 겹치는 부분은, TFT의 게이트 절연막으로서 기능한다.

소스전극(25)은, 절연막(13)상의 소정위치에 설치되어 있고, 일부가 반도체막(24)과 접속되어 있다. 이 실시예의 소스전극(25)은, 도 9b에 나타나 있는 바와 같이, 신호선(27)과 일체로 형성되어 있다. 소스전극(25) 및 신호선(27)은, 예를 들어 알루미늄과 몰리브덴의 적층막 등의 금속막으로 형성된다.

드레인 전극(26)은, 절연막(13)상의 소정 위치에 설치되어 있고, 일부가 반도체막(24)과 접속되어 있다. 드레인 전극(26)은, 예를 들어 알루미늄과 몰리브덴의 적층막 등의 금속막으로 형성된다.

슬릿 전극(21)은, 절연막(13)위의, 적어도 일부가 하측베타전극(12b)과 중첩 하는 소정위치에 설치되어 있다. 슬릿 전극(21)은, 도 9b에 나타나 있는 바와 같이, 예를 들어 복수의 구형상 슬릿(개구부)(21a)을 가진다. 슬릿 전극(21)은, ITO 등의 투명도전막을 패터닝하는 것에 의해서 얻을 수 있다. 제3의 실시예에 있어서는, 슬릿 전극(21)의 사이즈를, 각 슬릿(21a)의 사이에 존재하는 직선부의 폭(전극폭, 도 9b의 X방향의 길이)이 20μm, 각 슬릿(21a)의 폭(도 9b의 X방향에 있어서의 길이)이 20μm가 되도록 설정했다. 그리고 사이즈는 이것에 제한되지 않는다. 예를 들어 슬릿(21a)의 폭을 s로 했을 때, 전술의 식(1)을 충족시키도록 설정하는 것이 가능하다. 슬릿 전극(21)은, 드레인 전극(26)과 접속되어 있다. 슬릿 전극(21)과 하측베타전극(12b)의 사이에 전압을 인가하는 것으로써, 액정층(15)에 횡 전계를 줄 수 있다.

하측배향막(14b)은, 하측투명기판(11b)의 일면측의, 절연막(13)상에, 반도체막(24), 소스 전극(25), 드레인 전극(26), 및 슬릿 전극(21)을 덮도록 설치되어 있다.

마찬가지로, 상측배향막(14a)은, 상측투명기판(11a)의 일면 측에 공통전극(12a)을 덮도록 설치되어 있다. 상측 및 하측 배향막(14a, 14b)의 각각에 대해서는, 예를 들어 러빙에 의해 1축 배향처리가 행해져 있다. 배향막(14a, 14b)으로서는, 비교적 높은 프레틸트각(20˚이상, 바람직하기로는 35˚± 10˚정도)을 발현시키는 것이 이용된다. 상측배향막(14a)의 배향처리의 방향 R_U와 하측배향막(14b)의 배향처리의 방향 R_L는, 액정층(15)의 액정분자의 배열상태가 리버스 트위스트 배열상태일 때의, 액정층(15)의 두께방향의 중앙에 위치하는 액정분자의 배향방향 D가, 하측베타전극(12b)과 슬릿 전극(21)의 사이에 전압을 인가했을 때 발생하는 횡 전계 방향 E{슬릿(21a)의 배열 방향과 평행한 방향}와 대략 직교하도록 설정되어 있다(도 9b참조).

공통 전극(12a)은, 상측투명기판(11a)의 일면 측에 설치되어 있다. 공통 전극(12a)은, 적어도 일부가, 하측베타전극(12b) 및 슬릿 전극(21)과 중첩 하도록 형성되어 있다. 공통 전극(12a)은, ITO 등의 투명도전막을 패터닝하는 것에 의해서 얻을 수 있다. 공통 전극(12a)과 하측베타전극(12b)의 사이에 전압을 인가하는 것으로써, 액정층(15)(화소영역)에 대해서 종 전계를 줄 수 있다. 또, 공통전극(12a)과 슬릿전극(21)의 사이에 전압을 인가하는 것으로써, 액정층(15)(화소영역)의 일부{슬릿(21a) 윗쪽을 제외한, 슬릿 전극(21) 윗쪽의 액정층(15)}에 종 전계를 부가할 수 있다.

액정층(15)은, 상측기판(10a)과 하측기판(10b)의 사이에 배치되고, 예를 들어 유전율이방성Δε이 정(正)인 네마틱 액정재료를 이용해 구성되어 있다. 도 9a의 액정층(15)에 도시한 굵은 선은, 액정층(15)내의 액정분자를 모식적으로 나타낸 것이다. 전압무인가시에 있어서의 액정분자는, 상측기판(10a), 하측기판(10b)의 각 기판 면에 대해서 소정의 프레틸트각을 갖고 배향한다. 또, 상측배향막(14a)과 하측배향막(14b)의 각각의 배향 처리의 방향 R_U, R_L(도 9b참조)가 이루는 각도가, 예를 들어 90˚전후로 설정되는 것으로, 전압 무인가시에 있어서의 액정층(15)의 액정분자는 상측기판(10a)과 하측기판(10b)의 사이에 방위각 방향으로 비틀려 배향한다. 또 액정층(15)에는, 카이럴제가 첨가되어 있다.

신호선(27)은, 절연막(13)의 일면 측에 설치되어 있고, 코먼선(22) 및 주사선(23)이 뻗는 방향과 대략 직교하는 일방향(도 9b의 X방향)으로 뻗는다.

상측 편광판(16a)은, 상측기판(10a)의 외측에 배치되어 있다. 또, 하측 편광판(16b)은, 하측기판(10b)의 외측에 배치되어 있다. 제3의 실시예에 의한 액정표시소자의 표시는, 상측 편광판(16a)측으로부터 이용자에게 시인(視認)된다. 상측 및 하측 편광판(16a, 16b)은, 예를 들어 크로스 니콜로 배치된다.

　제3의 실시예에 의한 액정표시소자도, 리버스 트위스티드 네마틱형 액정표시소자이다. 제3의 실시예에 있어서도, 상측 및 하측 기판(10a, 10b)의 배향 처리 방향과 프레틸트각의 편성으로 규정되는 액정층(15)의 액정분자의 배열상태는, 제1선회방향으로 비틀리는 리버스 트위스트 배열이다. 카이럴제의 영향력의 아래에서 생기는 액정분자의 배열상태는, 제1선회방향과는 반대의 제2선회방향으로 비틀리는 스프레이 트위스트 배열이다. 액정층(15)에 종 전계를 부가하는 것으로, 부가된 영역의 액정층(15)의 액정분자를 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로 천이시킬 수 있다. 또, 액정층(15)에 횡 전계를 부가하는 것으로, 부가된 영역의 액정층(15)의 액정분자를 리버스 트위스트 배열상태로부터 스프레이 트위스트 배열상태로 천이시킬 수 있다.

도 10a~도 10g, 및, 도 11a~도 11d는, 제3의 실시예에 의한 액정표시소자의 제조방법을 나타내는 개략적인 단면도이다.

상측투명기판(11a), 하측투명기판(11b)으로서 이용하는 유리기판을 준비한다. 예를 들어 두께가 0.7 mm의 무알칼리 유리로부터 되는 유리기판을 사용할 수 있다.

도 10a를 참조한다. 하측투명기판(11b)용의 유리기판의 일면상에 코먼선(22)및 주사선(23)을 형성한다. 예를 들어 스팩터법 등의 성막법에 의해, 하측투명기판(11b)상에 알루미늄막을 형성하고, 그리고 그 위에 몰리브덴막을 형성한다. 그 후, 알루미늄막 및 몰리브덴막의 적층막을, 드라이 에칭법 등에 의해서 패터닝한다.

도 10b를 참조한다. 하측투명기판(11b)의 일면측의 소정위치에 하측베타전극(12b)을 형성한다. 구체적으로는, 스팩터법 등의 성막법에 의해, 하측투명기판(11b)상에 ITO막을 성막하고, 이 ITO막을 습식 엣칭법 등에 의해서 패터닝한다.

도 10c를 참조한다. 하측투명기판(11b)의 일면 측에, 하측베타전극(12b), 코먼선(22), 및 주사선(23)을 덮도록 하여 절연막(13)을 형성한다. 예를 들어 스팩터법이나 플라스마 CVD법 등의 성막법에 의해서, 질화 실리콘막을 형성한다.

도 10d를 참조한다. 절연막(13)상의 소정 위치에 반도체막(24)을 형성한다. 플라스마 CVD법 등의 성막법에 의해서, 아몰퍼스(amorphous) 실리콘막을 절연막(13)상에 형성하고, 이 아몰퍼스(amorphous) 실리콘막을 드라이 에칭법 등에 의해서 섬 형상으로 패터닝 한다.

　도 10e를 참조한다. 절연막(13)상의 소정 위치에 소스 전극(25), 드레인 전극(26), 및 신호선(27)을 형성한다. 예를 들어, 스팩터법 등의 성막법에 의해, 절연막(13)상 및 반도체막(24)상에, 몰리브덴막/알루미늄막/몰리브덴막의 적층막을 형성하고, 이 적층막을 드라이 에칭법등에 의해서 패터닝 한다.

도 10f를 참조한다. 절연막(13)상의 소정 위치에, 슬릿 전극(21)을 형성한다. 스팩터법 등의 성막법에 의해 절연막(13)상에 ITO막을 형성하고, 이 ITO막을 습식 엣칭법 등에 의해서 패터닝 한다. 그리고 추가로 절연막(13)상에 파시베이션막을 설치해도 좋다.

도 10g를 참조한다. 한편, 상측투명기판(11a)용 유리기판상에, 공통전극(12a)을 형성한다. 구체적으로는, 스팩터법 등의 성막법에 의해, 상측투명기판(11a)상의 일면 전체에 걸쳐서 ITO막을 형성한다. 실제의 제조 공정에 대해서는, 기판 전면에 공통 전극(12a)이 존재했을 경우에는, 메인 씰부에 의한 쇼트나, 스크라이브로부터 브레이킹시의 막박리 등을 일으킬 가능성이 있기 때문에, 스패터링시에 메탈 마스크 등에서 외부주변을 차폐하는 것이 바람직하다.

이하, 제1의 실시예에 의한 액정표시소자의 제조 방법과 같은 방법으로, 제3의 실시예에 의한 액정표시소자를 제조할 수 있다. 다만, 액정재료, 배향막 재료 등은, TFT 구동에 적절한 재료를 사용하는 것이 바람직하다.

도 11a를 참조한다. 하측투명기판(11b)상의 절연막(13)상에, 하측배향막(14b)을 형성한다.

또, 도 11b에 나타나 있는 바와 같이, 상측투명기판(11a)상의 공통전극(12a)상에, 상측 배향막(14a)을 형성한다.

전극 등이 형성된 상측, 하측 투명 기판(11a, 11b)을 세정한다. 세정은, 예를 들어 수세, 일례로서 순수한 물 세정을 실시한다. 세제는 사용하지 않는 것이 바람직하다. 브러쉬 세정, 스프레이 세정 등으로 할 수 있다. 탈수 후, UV세정을 하고, IR건조를 실시한다. 대기압 플라스마 세정을 하여도 좋다.

배향막(14a, 14b)의 형성에서는, 전압 보지율이 높은 배향막을 선택하고, 구체적으로는, 통상은 수직 배향막으로서 이용되는 재료의 측쇄밀도를 낮게 한 폴리이미드막을 이용했다. 후레키소 인쇄, 잉크젯 인쇄, 스핀 코트 등의 적절한 방법, 여기에서는 스핀 코트법으로, 배향막재료를 상측, 하측 투명기판(11a, 11b) 윗쪽에, 각각 적당한 막두께, 예를 들어 500Å~800Å정도의 두께로 도포하고, 열처리(예를 들어 클린 오븐에서, 160℃~180℃에서 1시간의 소성)를 실시했다. 그 후, 상측, 하측 배향막(14a, 14b)의 각각에 대해서 배향처리, 예를 들어 압입량을 0.8mm로 하여 러빙처리를 실시했다. 러빙방향은, 예를 들어 상측투명기판(11a)과 하측투명기판(11b)을 중합했을 때에, 각 기판(11a, 11b)상의 액정분자의 트위스트각이 약어 90˚이 되도록 설정했다.

러빙처리 후에는, 기판(11a, 11b)의 세정을 실시해도 괜찮지만, 여기에서는 실시하지 않았다.

이렇게 하여 상측기판(10a) 및 하측기판(10b)이 제작되었다.

도 11c를 참조한다. 계속해서, 액정 셀의 두께를 일정하게 유지하기 위해, 기판(10a, 10b)의 한쪽 면상에 갭 컨트롤재를 예를 들어 건식 산포법(散布法)으로 산포했다. 갭 컨트롤재에는 입경4μm의 플라스틱 볼을 사용하여, 액정 셀의 두께가 4μm가 되도록 했다. 갭 컨트롤은, 이와 같이 갭 컨트롤재를 기판면에 산포해도 괜찮고, 리브 패턴을 예를 들어 상측기판(10a)에 형성하고, 그것에 의해 소정의 셀두께를 유지해도 괜찮다.

기판(10a, 10b)의 한쪽 면상에는 씰재를 인쇄하고, 메인 씰 패턴을 형성했다. 예를 들어 입경 4μm의 유리 섬유를 포함한 열경화성의 씰재를, 스크린 인쇄법으로 인쇄한다. 디스팬서를 이용해 씰재를 도포할 수도 있다. 또, 열경화성이 아니고, 광경화성의 씰재나, 광·열병용 경화형의 씰재를 사용해도 괜찮다.

기판(10a, 10b)을 겹쳐 맞추었다. 기판(10a, 10b)을 소정의 위치에서 겹치게 맞추어 셀화하고, 프레스 한 상태로 열처리를 실시하여 씰재를 경화시켰다. 예를 들어 핫 프레스법을 이용해 씰재의 열경화를 실시한다. 이렇게 하여 공(空)셀이 제작되었다.

도 11d를 참조한다. 예를 들어 진공 주입법으로 공 셀에 액정재료를 주입한다. ODF방식을 이용해도 괜찮다. 여기에서는 진공주입법을 사용했다. 액정재료는, 네마틱 타입으로 유전율이방성이 정(正), 그리고 전압보지율이 높은 재료가 바람직하다. 예를 들어 일반적으로 TFT로 구동하는 트위스티드 네마틱크타입의 액정표시소자에 이용되는 액정재료이면, 특별한 제약은 없다.

액정재료 중에는 카이럴제를 첨가했다. 카이럴제에는 일례로서 (주) 멜크제의 R-811를 사용하고, d/p가 0.16이 되도록 첨가했다.

액정 주입 후에, 프레스하면서 엔드 씰 처리를 실시했다. 셀을 고온{액정의 상(相)전이온도 이상의 온도}으로 열처리하고, 액정분자의 배향 상태를 정리했다.

마지막으로, 2매의 투명기판(11a, 11b)의 액정층(15)과 반대측 면에, 편광판(16a, 16b)를 붙였다. 2매의 편광판(16a, 16b)은 크로스 니콜로, 그리고 투과축의 방향과 러빙방향이 평행이 되도록 배치했다. 직교 하도록 배치할 수도 있다.

이렇게 하여 제3의 실시예에 의한 액정표시소자가 제작되었다.

본 발명의 발명자들은, 제3의 실시예에 의한 액정표시소자의 표시를 확인했다.

도 12a는, 제3의 실시예에 의한 액정표시소자 완성 후(초기 상태)의 화소영역을 나타내는 사진이다. 전체 면이 스프레이 트위스트 배열상태이며, 밝은 흰색 표시가 얻어지고 있다.

도 12b는, 공통전극(12a)과 하측베타전극(12b)의 사이에 전압을 인가하고, 액정층(15)에 종 전계를 부가한 후의 화소영역을 나타내는 사진이다. 여기에서는 10V, 100Hz의 교류전압(구형파)을 1초정도 인가했다. 전체 면이 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로 천이하고, 어두운 흑색표시가 얻어지고 있다.

예를 들어 도 9b에 나타내는 구성에 대해서는, 화소마다 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로 천이시키도록 전압을 제어할 수 없기 때문에, 흰색표시로부터 흑색표시로의 변환은, 적어도 주사선(22)의 라인마다 실시한다. 통상은 전체라인(전체면) 변환이 바람직할 것이다.

다음에, 개개의 화소(TFT)에 전압을 인가하고, 액정층(15)에 횡 전계를 발생시켰다. 구체적으로는, 주사선(23)(게이트 라인)과 신호선(27)(소스 라인)에 전압을 인가하고, 하측베타전극(12b)과의 사이에 전위차를 주는 것으로, 액정층(15)에 횡 전계를 부가했다. 게이트 전압으로서 10V의 펄스파, 소스전압으로서± 10 V를 프레임마다 반전시킨 전압을 더했다. 이 결과, 도 12a에 나타내는 사진과 같은 흰색 표시를 얻을 수 있는 것이 확인되었다. 횡 전계의 부가에 의해, 액정분자는 리버스 트위스트 배열상태로부터 스프레이 트위스트 배열상태로 천이한다. 흑색표시로부터 흰색표시로 전환하는데, 전압의 인가 시간은 1초정도로 충분하다. 그리고 전압의 인가를 정지한 직후는, 슬릿 전극(21)상에 흑색표시 상태(리버스 트위스트 배열상태)가 점 형상으로 잔존하고 있었지만, 3초~4초 후에는 슬릿전극(21) 위는 모두 흰색 표시상태(스프레이 트위스트 배열상태)가 되었다.

흑색표시로부터 흰색표시로의 변환은, 전압을 인가하는 주사선(23)과 신호선(27)을 선택하는 것으로, 화소마다 제어 가능하기 때문에, TFT에 가하는 파형에 의해서 여러 가지 표시를 실현할 수 있다.

계속 해서 그레이 표시(중간조 표시)를 실시했다. 액정층(15)의 액정분자가 스프레이 트위스트 배열인 상태에서, TFT를 통해서 드레인 전극(26)과 공통 전극(12a) 사이에 전압을 인가했다. 여기에서는 그레이 표시를 실시하고자 하는 화소가 있는 신호선(27)(소스 라인)에 10V, 100Hz의 교류전압(구형파)을 인가하고, 거기에 동기시켜 게이트 전압을 인가했다. 이것에 의해, 액정층(15)의 일부{슬릿(21a) 상방을 제외한, 슬릿 전극(21) 상방의 액정층(15)}에 종 전계가 부가되어 그 위치에 있는 액정분자가 리버스 트위스트 배열상태로 천이했다. 그 후, 부분적으로 리버스 트위스트 배열상태가 된 화소의 어느 신호선(27)(소스라인)에 0V를 인가하고, 거기에 동기시켜 게이트전압을 인가했다. 이와 같이 해서 그레이 표시를 실현했다.

도 13a 및 도 13b는, 각각 제4의 실시예에 의한 액정표시소자를 나타내는 개략적인 단면도 및 평면도이다. 도 13a는, 도 13b의 13A-13A선에 따르는 단면도이다. 도 13b는, 대략 1화소를 나타내고, X방향, Y방향에 따라서 같은 화소가 다수 형성되어 있다.

도 9a 및 도 9b에 나타내는 제3의 실시예와는, 코먼선(22a)이 하측베타전극(12b)이 아니고, 슬릿 전극(21)과 전기적으로 접속하도록, 절연막(28)상에 형성되어 있는 점, 드레인 전극(26a)이, 슬릿 전극(21)이 아니고 하측베타전극(12b)과 접속되어 있는 점에 있어서 상위하다.

이하, 제3의 실시예와 공통되는 구성요소에 대해서는 동일 부호를 이용하고, 이들의 상세한 설명은 생략 한다.

제4의 실시예에 의한 액정표시소자는, 서로 평행으로 대향 배치된 상측기판(10a), 하측기판(10b), 및 양 기판(10a, 10b)사이에 협지된 트위스트 네마틱 액정층(15)을 포함하여 구성된다.

상측기판(10a)은, 상측투명기판(11a), 상측투명기판(11a)상에 형성된 공통 전극(상측베타전극)(12a), 및 공통 전극(12a)상에 형성된 상측배향막(14a)을 포함한다. 하측기판(10b)은, 하측투명기판(11b), 하측투명기판(11b)상에 형성된 하측베타전극(12b), 주사선(23), 그것들을 덮도록 하측투명기판(11b)상에 형성된 절연막(13), 절연막(13)상에 형성된 반도체막(24), 소스 전극(25), 드레인 전극(26a), 그것들을 덮도록 절연막(13)상에 형성된 절연막(28), 절연막(28)상에 형성된 슬릿 전극(화소전극)(21), 코먼선(22a), 및 그것들을 덮도록 절연막(28)상에 형성된 하측배향막(14b)을 포함한다. 여기서 드레인 전극(26a)은, 절연막(13)을 관통하여 하측베타전극(12b)과 전기적으로 접속하도록 형성되어 있다.

코먼선(22a)은, 하측투명기판(11b)의 일면측의 절연막(28)상에 설치되어 있어 한 방향(도 13b의 Y방향)에 뻗는다. 코먼선(22a)은, 도 13b에 나타나 있는 바와 같이 슬릿 전극(21)과 접속되어 있고, 코먼선(22a)을 통하여, 도시하지 않는 전압 공급수단으로부터, 슬릿 전극(21)에 대해서 소정의 전위가 주어진다. 코먼선(22a)은, 예를 들어 알루미늄과 몰리브덴의 적층막 등의 금속막으로 형성된다.

드레인 전극(26a)은, 절연막(28)상의 소정 위치에 설치되어 있고, 일부가 절연막(13)을 관통해 하측베타전극(12b)과 접속되어 있다. 드레인 전극(26a)은, 예를 들어 알루미늄과 몰리브덴의 적층막 등의 금속막으로 형성된다.

절연막(28)은, 하측투명기판(11b)의 일면측의 절연막(13)상에, 반도체막(24), 소스 전극(25), 및 드레인 전극(26a)을 덮어 설치된다. 절연막(28)으로서는, 예를 들어 질화 실리콘막, 산화 실리콘막, 혹은 이들의 적층막이 이용된다.

슬릿 전극(21)은, 절연막(28)상의, 적어도 일부가 하측베타전극(12b)과 중첩 하는 소정 위치에 설치되어 있다. 슬릿 전극(21)은, 도 13b에 나타나 있는 바와 같이, 복수의 슬릿(개구부)(21a)을 가지며, 코먼선(22a)과 접속되어 있다. 제4의 실시예에 대해서는, 슬릿 전극(21)과 코먼선(22a)은 일체로 형성되어 있다. 슬릿전극(21)은, ITO 등의 투명도전막을 패터닝하는 것에 의해서 얻을 수 있다. 슬릿전극(21)과 하측베타전극(12b)사이에 전압을 인가하는 것으로써, 액정층(15)에 횡 전계를 줄 수 있다.

하측배향막(14b)은, 하측투명기판(11b)의 일면 측의, 절연막(28)상에, 코먼선(22a) 및 슬릿전극(21)을 덮도록 설치되어 있다.

제4의 실시예에 의한 액정표시소자도, 리버스 트위스티드 네마틱형 액정표시소자이다. 제4의 실시예에 있어서도, 상측 및 하측 기판(10a, 10b)의 배향처리방향과 프레틸트각의 조합으로 규정되는 액정층(15)의 액정분자의 배열상태는, 제1선회방향으로 비틀리는 리버스 트위스트 배열이며, 카이럴제의 영향력의 아래에서 생기는 액정분자의 배열상태는, 제1선회방향과는 반대의 제2선회방향으로 비틀리는 스프레이 트위스트 배열이다. 액정층(15)에 종 전계를 부가하는 것으로, 부가된 영역의 액정층(15)의 액정분자를 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로 천이시킬 수 있다. 또, 액정층(15)에 횡 전계를 부가하는 것으로, 부가된 영역의 액정층(15)의 액정분자를 리버스 트위스트 배열상태로부터 스프레이 트위스트 배열상태로 천이시킬 수 있다.

　도 14a~도 14g, 및, 도 15a~도 15e는, 제4의 실시예에 의한 액정표시소자의 제조방법을 나타내는 개략적인 단면도이다. 이하, 제조방법의 설명에 있어서도, 제3의 실시예와 공통되는 내용에 대해서는 구체적인 설명을 생략한다.

도 14a에 나타나 있는 바와 같이, 하측투명기판(11b)의 일면 상에 소정의 금속막으로부터 되는 주사선(23)을 형성한다.

도 14b에 나타나 있는 바와 같이, 하측투명기판(11b)의 일면 측의 소정 위치에, 예를 들어 ITO로부터 되는 하측베타전극(12b)을 형성한다.

도 14c에 나타나 있는 바와 같이, 하측투명기판(11b)의 일면 측에, 하측베타전극(12b) 및 주사선(23)을 덮도록 하여 절연막(13)을 형성한다.

도 14d에 나타나 있는 바와 같이, 절연막(13)상의 소정 위치에 반도체막(24)을 형성한다.

도 14e에 나타나 있는 바와 같이, 소스 전극(25), 드레인 전극(26a), 및 신호선(27)을 형성한다. 드레인 전극(26a)에 대해서는, 미리 절연막(13)의 소정위치에 하측베타전극(12b)의 일부를 노출시키는 개구부를 마련해 두고, 그 후 스팩터법 등에 의해서 금속막을 성막 하고, 패터닝하는 것에 의해서 형성이 가능하다.

도 14f에 나타나 있는 바와 같이, 절연막(13)상에, 반도체막(24), 소스 전극(25), 드레인 전극(26a), 및 신호선(27)을 덮는 절연막(28)을 형성한다.

도 14g에 나타나 있는 바와 같이, 절연막(28)상의 소정 위치에 코먼선(22a) 및 슬릿전극(21)을 형성한다. 또한, 절연막(28)상에 파시베이션막을 설치해도 좋다.

한편, 도 15a에 나타나 있는 바와 같이, 상측투명기판(11a)의 일면상에, 공통 전극(12a)을 형성한다.

또, 도 15b에 나타나 있는 바와 같이, 하측투명기판(11b) 윗쪽의 절연막(28)상에, 하측배향막(14b)을 형성한다.

또한, 도 15c에 나타나 있는 바와 같이, 상측투명기판(11a)상의 공통 전극(12a)상에, 상측배향막(14a)을 형성한다.

상측 및 하측 배향막(14a, 14b)에 배향 처리를 하고, 도 15d 및 도 15e에 나타내는, 기판중합공정, 액정층(15)형성공정 등, 제3의 실시예와 같은 공정을 거쳐서, 제4의 실시예에 의한 액정표시소자가 제작된다.

제4의 실시예에 의한 액정표시소자도, 액정층(15)(화소영역)의 일부에 유효한 종 전계를 부가하고, 다른 실시예와 마찬가지로, 리버스 트위스트 배열상태와 스프레이 트위스트 배열상태의 공존, 혼재하는 상태를 형성하여, 중간조 표시를 실시할 수 있는 액정표시소자이다.

제3, 제4의 실시예에 의한 액정표시소자에 있어서는, 각 화소에 TFT가 1개 형성되어 있지만, 복수의 TFT가 형성되어 있어도 괜찮다. 이 경우, 예를 들어 화소 전극을 분할하면 한층 더 다계조 표시를 실현할 수 있다. 사진 등의 화상표시를 실시하는 것도 가능하다. 여기서 화소전극은 서로 동일한 면적으로 분할할 필요는 없다.

제3, 제4의 실시예는 투과형의 액정표시소자이지만, 예를 들어 하측베타전극(12b)을 반사전극으로 하고, 반사형의 액정표시소자로 할 수 있다. 그 경우는 트위스트각을 대략 70˚로 설정하는 것이 바람직하다.

제1~제 4의 실시예 및 변형예에 의한 액정표시소자는, 콘트라스트가 높은 흰색표시상태, 흑색표시상태, 및, 중간조 표시상태의 안정표시를 간편하게 실현 가능한 액정표시소자이다. 화소를 구성하는 전극으로서 즐치전극 또는 슬릿 전극이 이용된다. 제1~제4의 실시예에 의한 액정표시소자에 의하면, 화소영역의 액정층안에 부분적으로 종 전계 또는 횡 전계를 발생시켜서, 화소내에서 투과율의 분포를 붙이고(화소내에 서로 투과율이 다른 영역, 즉 예를 들어 기판법선방향에서 보았을 때, 액정층의 액정분자가 리버스 트위스트 배열상태인 영역과 스프레이 트위스트 배열상태인 영역을 형성하고), 다양한 표시를 실시할 수 있다. 제1의 실시예의 변형예에 나타낸 것처럼, 전극 사이즈(폭, 면적 등)를 생각해내는 것으로, 예를 들어 5단계의 다단계 계조표시도 가능하다. 그리고 화소영역의 액정층의 일부가 리버스 트위스트 배열상태이며, 다른 일부가 스프레이 트위스트 배열상태이면 좋고, 예를 들어 기판 법선방향에 따라서 보았을 때, 동일한 배열상태일 필요는 없다. 제1~제4의 실시예 및 변형예에 의한 액정표시소자는, 화소영역의 액정층의 일부가 리버스 트위스트 배열상태가 되고, 다른 일부가 스프레이 트위스트 배열상태가 되는 전계를 일으키게 할 수 있는 전극을 갖추고 있다.

또, 제1~제4의 실시예에 의한 액정표시소자는 저렴하게 제조할 수 있다. 제조방법은, 배향막재료, 러빙조건(압입량의 제어), 배향막의 소성조건 등을 제외하고, 일반적인 트위스티드 네마틱크형 액정표시소자의 제조방법과 대략 같기 때문에, 일반적인 트위스티드 네마틱크형 액정표시소자와 비교하여 코스트상승의 요인은 적다.

제1~제4의 실시예에 의한 액정표시소자에 있어서는, 액정층(15)의 리버스 트위스트 배열상태, 스프레이 트위스트 배열상태, 및 이들의 혼재상태는 안정적으로 유지된다. 이 때문에 흰색표시, 흑색표시, 그레이 표시의 어느 경우에도, 표시를 바꿔 쓴 다음은, 전압 무인가인 채로, 그 표시상태가 보지된다. 표시의 바꿔 쓰기 시 이외는 전력을 소비하지 않는다. 이 때문에 소비전력을 지극히 낮게 억제한, 초저소비 전력구동이 가능하다. 특히 반사형 디스플레이에 적용했을 경우, 메리트는 크다. 표시는 반영구적으로 보지(保持)하는 것이 가능하고, 고콘트라스트비와 양립 가능하다.

제2의 실시예에 나타낸 것처럼, 구동방법으로서 예를 들어 선순차(線順次)구동법 등의, 메모리성을 이용한 구동방법을 적용할 수 있다. 따라서 이 경우, 고가의 TFT 등을 이용하는 일 없이, 단순 매트릭스표시에 의해, 대용량의 도트매트릭스표시를 실시할 수 있다. 즉, 저비용으로 대용량의 표시를 실시하는 것이 가능하다.

TFT 등의 스위칭 소자를 이용하는 경우, 대용량의 표시전환을 고속으로 실시할 수 있다. TFT를 이용한 액정표시소자로 하는 경우, 예를 들어 IPS 액정으로 널리 이용되고 있는 TFT 기판을 그대로 이용하는 것도 가능하다. 대향기판에는, 예를 들어 투명전극을 형성할 필요가 있지만, 마스크 스팩터 등을 사용하여 간편하게 형성하는 것이 가능하기 때문에, 코스트 상승의 요소는 적다. 대향기판이 전극을 갖추는 것으로, 러빙시, 정전기에 의한 악영향을 받기 어렵다고 하는 메리트도 있다.

또한, 제1~제4의 실시예 및 변형예에 의한 액정표시소자에 의하면, 투과형 디스플레이, 투반(透反)디스플레이, 반사형 디스플레이의 어느 경우에도 매우 적합한 디스플레이를 실현할 수 있다.

다음에, 제5의 실시예에 의한 액정표시소자에 대해서, 그 비교예와 비교하면서 설명한다.

본 발명의 발명자들은, 우선, 비교예에 의한 리버스 트위스티드 네마틱형 액정표시소자를 복수 제작하고, 그 표시 특성을 조사했다.

투명 전극, 예를 들어 ITO(indium tin oxide) 전극이 형성된 투명기판을 2매 준비한다. 여기에서는 평행평판타입의 전극을 가지는 테스트 셀을 이용하고, 2매의 투명기판을 세정, 건조했다.

투명기판 상에, ITO 전극을 덮도록 배향막 재료를 도포한다. 배향막 재료의 도포는, 스핀 코트를 이용해 행했다. 후레키소 인쇄나 잉크젯 인쇄를 이용해 행하여도 괜찮다. 본 예에 있어서는, 통상은 수직 배향막의 형성에 사용되는, 수직 배향막 재료로서는 낮은 측쇄밀도를 가지는 폴리이미드 배향막재료의 측쇄 밀도를 컨트롤 해, 배향막 재료로서 이용했다. 측쇄밀도의 컨트롤은, 적당한 프레틸트각의 부여를 가능하게 하기 때문이다. 배향막 재료는, 배향막의 두께가 500Å~800Å이 되도록 도포했다.

배향막 재료를 도포한 투명기판의 가 소성, 및 본(本)소성을 실시한다. 본소성은 160℃~260℃의 사이의 다른 소성온도로 행했다. 이렇게 하여 ITO 전극을 덮는 배향막이 형성되었다.

다음에, 러빙처리(배향처리)를 실시한다. 러빙처리는, 예를 들어 옷감을 감은 원통형의 롤(roll)을 고속으로 회전시켜 배향막상을 문지르는 공정이며, 이것에 의해 기판에 접하는 액정분자를 한 방향으로 늘어놓는(배향하는) 일이 일어난다. 러빙처리는, 압입량을 0.4 mm, 0.8 mm, 1.2 mm로 하는 3조건으로 행했다. 또 러빙처리는, 액정표시소자의 트위스트각이 70˚또는 90˚이 되도록 실시했다.

계속 해서, 액정 셀의 두께(기판사이 거리)를 일정하게 유지하기 위해, 한편의 투명기판 면에 갭 컨트롤재를 예를 들어 건식 산포법으로 산포했다. 갭 컨트롤재에는 입경 4μm의 플라스틱 볼을 사용하고, 액정 셀의 두께가 4μm이 되도록 했다.

한편의 투명기판 면에는 씰재를 인쇄하고, 메인 씰 패턴을 형성했다. 예를 들어 입경 4μm의 유리섬유를 포함한 열경화성의 씰재를, 스크린인쇄법으로 인쇄한다. 디스팬서를 이용해 씰재를 도포할 수도 있다. 또, 열경화성이 아니고, 광경화성의 씰재나, 광·열병용 경화형의 씰재를 사용해도 괜찮다.

투명기판을 겹쳐서 맞추었다. 2매의 투명기판을 소정의 위치에서 중합하여 셀화하고, 프레스한 상태로 열처리를 행하여 씰재를 경화시켰다. 예를 들어 핫 프레스법을 이용해 씰재의 열경화를 실시한다. 이렇게 하여 공(空)셀이 제작된다.

예를 들어, 진공 주입법으로 공셀에 네마틱 액정을 주입한다. 액정 중에는 카이럴제를 첨가했다. 카이럴제로는 (주)멜크제의 CB15 또는 R-811를 사용했다. 카이럴제는, 카이럴피치p, 셀두께d로 했을 때, d/p가 예를 들어 0.33~0.53이 되도록, 복수의 첨가량 조건으로 첨가했다.

액정주입구를, 예를 들어 자외선경화타입의 엔드 씰재로 봉지하고, 액정분자의 배향을 정리하기 위해, 액정의 상전이온도 이상으로 셀을 가열했다. 그리고 리버스 트위스티드 네마틱형 액정표시소자에 대해서는, 예를 들어 액정재료의 주입후, 또는 액정의 상전이온도 이상으로 가열하면, 카이럴제에 따르는 비틀림력이 발생하는 방향으로 비틀리는 스프레이 트위스트 배열상태가 된다.

그 후, 스크라이바 장치로 투명기판에 입힌 손상을 따라서 브레이킹하고, 개별의 셀로 작게 분할했다.

작게 분할된 셀에 대해, 모따기와 세정을 실시했다.

마지막으로, 2매의 투명 기판의 액정층과 반대측의 면에, 편광판을 붙였다. 2매의 편광판은 크로스 니콜로, 그리고 투과축의 방향과 러빙방향이 평행이 되도록 배치했다. 직교하도록 배치할 수도 있다. 양 투명기판의 ITO 전극사이에는 전원을 접속했다.

이렇게 하여 비교예에 따른 액정표시소자가 제작되었다. 비교예에 따른 액정표시소자는, 액정층의 액정분자가, 초기상태에 대해 스프레이 트위스트 배열상태를 나타내고, 종 전계의 인가에 의해, 스프레이 트위스트 배열상태를 리버스 트위스트 배열상태로 천이시킬 수 있고, 횡 전계의 인가에 의해, 리버스 트위스트 배열상태를 스프레이 트위스트 배열상태로 천이시킬 수 있는, 리버스 트위스티드 네마틱형의 액정표시소자이다.

본 발명의 발명자들은, 비교예에 따른 리버스 트위스티드 네마틱형 액정표시소자의 표시에 관해, 여러 가지의 조사를 실시했다.

우선, 표시의 육안관찰을 실시했다. 비교예에 의한 액정표시소자는, 정면에서 관찰했을 경우에도, 높은 콘트라스트비로 표시되어 있었다. 또, 실온에서 3개월간 방치한 후에 있어도, 그 표시가 보지되고 있었다.

다음에, 액정층이 리버스 트위스트 배열상태일 때의 표시의 보지성을, 복수의 온도에 대해서 조사했다.

도 16은, 조사결과를 나타내는 표이다. 도 16에는, 첨가한 카이럴제의 종류와 그 첨가량(카이럴 피치)마다 1개의 액정표시소자(비교예)를, -40℃, 40℃, 50℃의 각 온도로 24시간 방치한 후에, 리버스 트위스트 배열상태에 의한 표시가 보지되고 있는지 아닌지를 관찰하고 판단한 결과를 나타냈다. O 표시는 양호하게 보지되고 있던(액정층내에서 거의 리버스 트위스트 배열상태가 유지되고 있던) 것을 나타내고, X표시는 보지되지 않았던(거의 스프레이 트위스트 배열상태에 천이 한) 것을 나타내며, 삼각표시는 그 중간상태(일부는 리버스 트위스트 배열상태가 유지되고, 일부는 스프레이 트위스트 배열상태로 천이한 상태)를 나타낸다.

카이럴제로서 CB15를 사용하고, 카이럴 피치가 8.0μm가 되도록 첨가량을 조정했을 경우는, -40℃, 40℃, 50℃의 어느 온도에 있어서도, 리버스 트위스트 배열상태에 의한 표시가 양호하게 보지되고 있는 것을 알 수 있다. 이와 같이 비교예에 대해도, 카이럴제의 재료나 첨가량을 선택하는 것으로, 넓은 온도범위에서 높은 메모리성을 가지는 액정표시소자로 하는 것이 가능하다. 그렇지만, R-811를, 카이럴 피치가 8.0μm, 8.5μm, 9.0μm가 되도록 첨가한 액정표시소자, 및, CB15를, 카이럴 피치가 9.0μm가 되도록 첨가한 액정표시소자에 있어서는, 리버스 트위스트 배열상태에 의한 표시가 안정적으로 보지되는 온도 범위는 넓다고는 할 수 없는 것을 알 수 있다. 이것은 카이럴제의 피치길이가 온도에 따라서 변화하는 것에 기인한다고 생각할 수 있다.

도 17은, 카이럴제의 피치길이의 온도의존성을 나타내는 그래프이다. 그래프의 횡축은, 온도를 단위「℃」로 나타내며, 세로축은 피치길이를 단위「μm」로 나타낸다. 꺾인 선a는, CB15에 대한 피치길이의 온도 의존성을 나타내고, 꺾인 선b는, R-811에 대한 그것을 나타낸다. 온도에 대한 피치변화량은 카이럴제 재료에 따라 다르지만, 재료를 선택해도 적지 않게 변화하는 것을 알 수 있다.

본 발명의 발명자들은, 리버스 트위스트 배열상태에 따른 표시보지(메모리성)의 온도 의존성을, 더욱 자세하게 조사했다.

도 18은, 조사 결과를 나타내는 표이다. 도 18에는, 첨가한 카이럴제의 종류와 그 첨가량(카이럴 피치p) 마다 4개의 액정표시소자(비교예)를, 40℃, 50℃, 60℃, 70℃, 80℃, 90℃의 각 온도로 30분 열처리 한 후에, 리버스 트위스트 배열상태에 의한 표시가 보지되고 있는지 아닌지를 관찰하고 판단한 결과를 나타냈다. 표 중의 숫자는, 표시가 양호하게 보지되고 있던 액정표시소자의 수를 나타낸다. 예를 들어 「3/4」라는 표기는, 4개의 액정표시소자 중 3가 양호하게 표시를 보지하고 있던 것을 나타내 보인다. X표시는 양호하게 표시를 보지하고 있던 액정표시소자가 없었던 것을 의미한다.

열처리 온도가 50℃이하이면, 비교적 많은 액정표시소자에서 리버스 트위스트 배열상태에 따른 표시가 유지되고 있지만, 60℃이상이 되면 메모리성이 소실하고, 스프레이 트위스트 배열상태로 천이하고 있음을 알 수 있다

이와 같이 비교예에 따른 리버스 트위스티드 네마틱형의 액정표시소자는, 예를 들면 실온에서 메모리성은 높으나, 실온과는 다른 온도에서는 리버스 트위스트배향상태에 따른 표시를 보지할 수 없는 경우가 생기고, 특히 60℃ 이상의 고온상태에서는 보지하는 것이 곤란하다.

다음에 제5의 실시예에 따른 액정표시소자에 대하여 설명한다. 제5의 실시예에 따른 액정표시소자의 개략적인 단면도는 도 1과 거의 같다. 또한 제5의 실시예에 따른 액정표시소자의 제조방법은 제1의 실시예와 거의 같다. 제5의 실시예에 있어서는, 본 소성은 160℃~260℃ 사이의 다른 소성온도에서 행했다. 또한 러빙처리는 압입량을 0.4mm, 0.8mm, 1.2mm로 하는 3조건으로 행했다. 그리고 러빙처리는 액정표시소자의 트위스트각이 70°또는 90°가 되도록 실시했다.

다음에 액정 재료중에 첨가하는 카이럴제로서 (주)멜크제의 CB15 또는 R-811를 사용했다. 카이럴제는, 카이럴 피치 p, 액정층의 두께 d로 했을 때, d/p가 예를 들어 0.33~0.53이 되도록, 복수의 첨가량 조건으로 첨가했다.

액정 재료중에, 예를 들어 빛이나 열에 의해 중합 가능한 재료, 일례로서 UV큐아라불 액정(액정성을 가지는 자외선경화성재료), 제5의 실시예에 있어서는 (주) 다이니폰잉크제의 UCL-001를 첨가했다. 재료는 이것에 한정되지 않는다. 후술하는 메모리 안정성의 관점에서는, 자외선경화성의 재료인 것이 바람직하다. 액정성을 가지지 않는 재료에서도 후술 하는 효과와 같은 효과를 발휘할 수 있지만, 배향성을 고려하면 액정성을 가지는 자외선경화성재료를 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 발명자들은, 자외선경화성을 가지는 모노머 재료의 첨가량을, 액정층(15)에 주입하는 재료(액정재료, 카이럴제, 및 자외선경화성을 가지는 모노머 재료)의 합계 질량에 대해서, 1wt%, 2wt%, 5wt%가 되는 3조건으로서 복수의 액정표시소자를 제작했다.

제5의 실시예에 있어서는, 카이럴제 및 UV큐아라불 액정을 포함한 액정 재료의 주입후에, 자외선을 조사해, UV큐아라불 액정의 중합 반응을 일으키게 하고, 액정층(15)내에 중합체(폴리머)를 합성했다(중합처리). 실험을 위하여, 자외선 조사는, 액정층(15)의 액정분자가 리버스 트위스트 배열상태일 때, 및, 스프레이 트위스트 배열상태일 때의 쌍방에 대해 실시했다. 자외선은, 조사량 18 mW/cm², 적산(積算)노광량이 1J/cm²가 되는 조건으로 조사했지만, 자외선 조사조건은 이것에 한정되지 않는다.

제5의 실시예에 있어서는, 액정층(15)에, 중합가능한 재료, 실시예에 있어서는, UV큐아라불 액정에 자외선이 조사되는 것으로 합성된 중합체(폴리머)가 포함되어 있다. 중합가능한 재료는, 액정층(15)의 질량(액정 재료, 카이럴제, 및 중합 가능한 재료의 합계 질량)에 대해, 5%이하의 범위에서 첨가된다.

본 발명의 발명자들은, 제5의 실시예에 의한 액정표시소자의 표시에 관해, 여러 가지의 조사를 실시했다.

도 19a~도 19d는, 자외선경화성재료를 2wt% 첨가한 액정표시소자의 메모리 안정성에 대해 실험한 결과를 나타내는 사진이다.

도 19a는, 1J/cm²의 자외선을 조사해 중합반응을 일으키게 하고, 액정층(15)내에 중합체(폴리머)를 합성한 후의 액정표시소자를 나타내는 외관 사진이다. 왼쪽의 사진은, 스프레이 트위스트 배열상태시에 자외선을 조사한 액정표시소자의 외관을 나타내고, 오른쪽의 사진은, 리버스 트위스트 배열상태시에 자외선을 조사한 액정표시소자의 외관을 나타낸다. 이 점은, 도 19a~도 19d의 모두에게 공통된다.

제5의 실시예에 따른 액정표시소자는, 스프레이 트위스트 배열상태시에 흰색 표시를 하고, 리버스 트위스트 배열상태시에 흑색표시를 한다. 자외선 조사시에 스프레이 트위스트 배열상태이었던 액정표시소자는, 자외선 조사 후에도 스프레이 트위스트 배열상태가 유지되고, 자외선 조사시에 리버스 트위스트 배열상태이었던 액정표시소자는, 자외선 조사 후에도 리버스 트위스트 배열상태가 유지되어 있다.

도 19b는, 상측베타전극(12a)과 하측베타전극(12b)에 역치전압 이상의 전압을 인가하고, 액정층(15)에 종 전계를 부가한 후의 액정표시소자를 나타내는 외관 사진이다.

왼쪽의 사진에 나타내는 액정표시소자는, 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로 천이하고 있는 것을 알 수 있다. 오른쪽의 사진에 나타내는 액정표시소자는, 리버스 트위스트 배열상태가 유지되어 있다.

도 19c는, 이러한 액정표시소자에 90℃에서 30분의 열처리를 행한 후의 외관 사진이다. 90℃라는 고온에서의 열처리 후에도, 안정하게 리버스 트위스트 배열상태가 보지(保持)되고 있는 것을 알 수 있다.

도 19d는, 하측베타전극(12b) 및 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)에, 반응을 일으키는 역치전압 이상의 전압을 인가하고, 액정층(15)에 횡 전계를 부가한 후의 액정표시소자를 나타내는 외관 사진이다.

왼쪽의 사진(스프레이 트위스트 배열상태시에 자외선을 조사한 액정표시소자)에 있어서도, 오른쪽의 사진(리버스 트위스트 배열상태시에 자외선을 조사한 액정표시소자)에 있어서도, 횡 전계의 부가에 의해, 스프레이 트위스트 배열상태로 천이하고 있는 것을 알 수 있다.

도 19a~도 19d에 나타내는 결과로부터, 제5의 실시예에 의한 액정표시소자는, 전계의 부가에 의한 표시의 스위칭성(리버스 트위스트 배열상태와 스프레이 트위스트 배열상태 사이의 스위칭성)과 높은 메모리성(열적인 안정성)을 함께 갖추는 액정표시소자인 것을 알 수 있다.

도 20은, 도 19c에 외관 사진을 나타낸 액정표시소자(90℃에서 30분의 열처리를 행한 후의 액정표시소자)를 나타내는 현미경 사진이다. 왼쪽은 리버스 트위스트 배열상태시에 자외선을 조사한 액정표시소자의 현미경 사진을 나타내고, 오른쪽은 스프레이 트위스트 배열상태시에 자외선을 조사한 액정표시소자의 현미경 사진을 나타낸다. 좌우 모두, 표시영역의 모퉁이를 촬영한 사진을 위에 나타내며, 표시 영역의 가장자리를 촬영한 사진을 아래에 나타낸다. 현미경관찰에 의하면, 표시영역(리버스 트위스트 배열상태)과 비표시 영역(스프레이 트위스트 배열상태)의 경계에서, 수십μm의 흔들림은 있지만, 표시영역에서는 안정되어 리버스 트위스트 배열상태가 보지되고 있는 것을 알 수 있다. 또, 리버스 트위스트 배열상태시에 자외선을 조사한 액정표시소자(왼쪽의 사진)와 스프레이 트위스트 배열상태시에 자외선을 조사한 액정표시소자( 오른쪽의 사진)의 사이에 의미 있는 차이는 인정되지 않고, 어느 쪽이나 리버스 트위스트 배열상태가 안정적으로 보지되고 있는 것을 알 수 있다.

다음에, 본 발명의 발명자들은, 자외선경화성재료의 첨가농도와 메모리성의 관계에 대하고 실험을 실시했다.

도 21a~도 21d는, 다른 첨가량(1wt%, 2wt%, 5wt%)에서 자외선경화성재료를 첨가한 액정표시소자의 메모리안정성에 대해 실험한 결과를 나타내는 사진이다. 도 19a~도 19d에 나타낸 사진과 마찬가지로, 도 21a~도 21d에 대해서도, 좌열의 사진은, 스프레이 트위스트 배열상태시에 자외선을 조사한 액정표시소자의 외관을 나타내, 우열의 사진은, 리버스 트위스트 배열상태시에 자외선을 조사한 액정표시소자의 외관을 나타낸다. 또, 도 21a~도 21d에 공통하여, 상단은 자외선경화성재료의 첨가량을 1wt%로 하여 제작한 액정표시소자의 외관사진, 중단은 자외선경화성재료의 첨가량을 2wt%로 하여 제작한 액정표시소자의 외관사진, 그리고 하단은 자외선경화성재료의 첨가량을 5wt%로 하여 제작한 액정표시소자의 외관사진을 나타낸다. 그리고 첨가량을 1wt%, 5wt%로 하여 제작한 액정표시소자에는 셀두께 얼룩짐이 있었다.

도 21a는, 1J/cm²의 자외선을 조사해 중합 반응을 일으키게 하고, 액정층(15)내에 중합체(폴리머)를 합성한 후의 액정표시소자를 나타내는 외관 사진이다.

첨가량이 1wt%, 2wt%, 5wt%의 어느 경우도, 자외선 조사시에 스프레이 트위스트 배열상태이었던 액정표시소자는, 자외선조사 후에도 스프레이 트위스트 배열상태가 유지되고, 자외선 조사시에 리버스 트위스트 배열상태이었던 액정표시소자는, 자외선 조사 후에도 리버스 트위스트 배열상태가 유지되어 있다고 말할 수 있다.

도 21b는, 상측베타전극(12a)과 하측베타전극(12b)에, 역치전압 이상의 전압을 인가하고, 액정층(15)에 종 전계를 부가한 후의 액정표시소자를 나타내는 외관 사진이다.

좌열의 사진에 나타내는 액정표시소자는, 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로 천이하고 있는 것을 알 수 있다. 우열의 사진에 나타내는 액정표시소자는, 리버스 트위스트 배열상태가 유지되어 있다.

도 21c는, 이러한 액정표시소자에 90℃에서 30분의 열처리를 행한 후의 외관 사진이다. 90℃이라는 고온에서의 열처리 후에도, 자외선경화성재료의 첨가량(1wt%, 2wt%, 5wt%)에 관계없이, 안정되게 리버스 트위스트 배열상태가 보지되고 있는 것을 알 수 있다.

도 21d는, 또한, 하측베타전극(12b) 및 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)에 초소의 물리량 전압 이상의 전압을 인가하고, 액정층(15)에 횡 전계를 부가한 후의 액정표시소자를 나타내는 외관사진이다.

좌열의 사진(스프레이 트위스트 배열상태시에 자외선을 조사한 액정표시소자)에 있어서는, 자외선경화성재료의 첨가량이, 1wt%, 2wt%, 5wt%의 어느 경우에 있어서도, 횡 전계의 부가에 의해, 스프레이 트위스트 배열상태로 천이(遷移)하고 있다.

우열의 사진(리버스 트위스트 배열상태시에 자외선을 조사한 액정표시소자)을 참조하면, 자외선경화성재료의 첨가량이, 1wt%, 2wt%의 액정표시소자에 대해서는, 횡 전계의 부가에 의해, 스프레이 트위스트 배열상태로 천이하고 있지만, 5 wt%의 액정표시소자에 대해서는, 횡 전계를 부가해도, 리버스 트위스트 배열상태 그대로인(스프레이 트위스트 배열상태로 천이하지 않는다) 것을 알 수 있다.

도 21a~도 21d에 나타내는 결과로부터, 액정층에 중합가능한 재료를 첨가하고, 이것을 중합시키고, 액정층내에 중합체(폴리머)를 합성한 실시예에 따른 액정표시소자는, 전계의 부가에 따른 표시의 스위칭성(리버스 트위스트 배열상태와 스프레이 트위스트 배열상태 사이의 스위칭성)과 높은 메모리성(열적인 안정성)을 함께 갖추는 액정표시소자라고 할 수 있다. 다만, 첨가량이 5wt%의 경우, 리버스 트위스트 배열상태시에 자외선을 조사한 액정표시소자에 있어서는, 열처리 후의 횡 전계 부가로, 리버스 트위스트 배열상태로부터 스프레이 트위스트 배열상태로 천이시킬 수 없었던 것으로부터, 중합 가능한 재료의 첨가량은 5wt%이하로 하는 것이 바람직할 것이다.

또한 제5의 실시예에 의한 액정표시소자는, 그 비교예에 의한 액정표시소자와 마찬가지로, 정면에서 관찰했을 경우에도, 높은 콘트라스트비로 표시를 하고 있었다.

제5의 실시예에 의한 액정표시소자는, 표시의 메모리성(열적인 안정성)이 높고, 온도에 의하지 않고 반영구적으로 표시를 보지하는 것이 가능하고, 예를 들어 90℃정도의 고온 환경하에 있어도, 각각의 배열상태(리버스 트위스트 배열상태, 또는, 스프레이 트위스트 배열상태)로의 표시를 안정되어 보지할 수 있다. 이 때문에, 차량탑재용, 항공기용, 옥외용 등 높은 신뢰성이 요구되는 액정표시소자에도 이용이 가능하다. 또, 고콘트라스트비로의 표시와 양립시킬 수 있다. 이와 같이 제5의 실시예에 의한 액정표시소자는, 높은 표시품질을 가지는 액정표시소자이다.

또한 자외선의 조사는, 액정표시소자에 전압을 인가한 상태로 실시할 필요는 없다. 2개의 안정된 배열상태(리버스 트위스트 배열상태 또는 스프레이 트위스트 배열상태)의 어느 상태에서 자외선을 조사하면 좋다.

제5의 실시예에 의한 액정표시소자는, 메모리성을 이용한 구동 방법으로 구동할 수 있는, 초저소비 전력구동이 가능하고, 특히 반사형 디스플레이에 적용했을 경우에 메리트는 크고, 저비용으로 대용량의 표시를 실시하는 것이 가능하다, 그 제조에 있어서, 일반적인 트위스티드 네마틱형 액정표시소자와 비교한 코스트상승 요인은 적다는 등의 점에서, 제1의 실시예와 같은 효과를 발휘할 수 있다.

계속 해서, 제6의 실시예에 의한 액정소자에 대해 설명한다.

제6의 실시예에 의한 액정소자의 개략적인 단면도는 도 1과 동일하다. 또, 제6의 실시예에 의한 액정소자의 제조방법은, 제1의 실시예와 대략 같다. 제6의 실시예에 있어서는, 러빙시의 압입량을, 0.4mm~1.2mm로 설정했다. 이것에 의해, 상측 및 하측 배향막(14a, 14b)이 액정분자에 대해서 35˚~60˚정도의 프레틸트각을 발현할 수 있다. 또 카이럴제를, d/p가 0.25~0.75가 되는 조건으로 첨가했다.

본 발명의 발명자들은, 액정소자의 적절한 배향조건을 찾아내기 위해서, 제조 조건을 다르게 한 몇 개의 액정소자를 제작했다. 배향막재료로서 통상은 수직 배향막으로서 이용되는 재료의 측쇄밀도를 낮게 한 폴리이미드 재료를 이용하고, 배향막 형성시의 소성온도와 러빙시의 압입량을 가변 파라메타로 했다. 구체적으로는, 소성온도는 160℃~260℃의 범위에서 몇 개의 온도를 설정했다. 또, 러빙시의 압입량은 0.4mm, 0.8mm, 1.2mm로 했다. 배향막의 막 두께는 500Å~800Å이 되도록 했다. 액정층의 액정분자의 트위스트각에 대해서는 90˚혹은 70˚으로 했다. 여기서 말하는 「트위스트각」이란, 스프레이 트위스트 상태에 있어서의 생각할 수 있는 각을 말하고, 리버스 트위스트 상태에 있어서의 실질적인 트위스트각은 (180˚-φ)이 된다. 이 점은 다른 실시예에 대해도 마찬가지이다. 액정층 두께는 4μm로 했다. 액정층을 구성하는 액정재료에는 카이럴제를 첨가하고 있고, 그 첨가량은, d/p의 값이 0.167~0.800이 되도록 했다. 상측 편광판(16a)과 하측 편광판(16b)은, 트위스트각φ이 90˚의 경우에는 각각의 투과축이 러빙방향과 대략 평행이 되도록 배치하고, 또한 양자가 크로스 니콜 배치가 되도록 하며, 트위스트각φ이 70˚의 경우에는 각각의 투과축이 러빙 방향에서 10˚비켜진 위치가 되도록 하며, 양자가 크로스 니콜 배치가 되도록 했다.

도 22는, 대표적인 제작 조건 및 표시상태의 액정소자의 관찰상을 나타내는 도면이다. 상세하게는, 도 22a는 전압 인가에 의해 액정층을 부분적으로 스프레이 트위스트 배향 상태로부터 리버스 트위스트 배향 상태로 천이시킨 직후의 액정소자의 관찰상(觀察像)이며, 도 22b는 3개월 경과후의 액정소자의 관찰상이다. 도 22a에 나타나 있는 바와 같이, 이 예의 액정소자는 정면에서 봐도 높은 콘트라스트비를 나타내고 있는 것을 알 수 있다. 또, 도 22b에 나타나 있는 바와 같이, 3개월을 경과해도 대부분의 표시를 보지하고 있음을 알 수 있다.

도 23은, 프레틸트각이 46˚정도, 트위스트각이 70˚의 액정소자에 있어서의 콘트라스트와 표시보지성능의 평가결과를 나타내는 도면이다. 도 23에서는, 액정층의 d/p의 값을 0.167~0.800의 사이에서 복수의 조건으로 설정해 제작한 각 액정소자에 대해서, 정면 콘트라스트의 양부(良否)와 그 상태보지시간을 평가한 결과가 나타나 있다. 또한 각 액정소자의 배향막의 소성온도는 200℃로 설정되고, 카이럴제로서는 CB15가 이용되며, 액정 재료로서는 굴절률 이방성Δn의 값이 비교적으로 작은 것이 이용되었다. 또, 정면 콘트라스트에 대해서는, 전압인가에 의해 액정층을 스프레이 트위스트 배향상태로부터 리버스 트위스트 배향상태로 천이시키고, 리버스 트위스트 배향상태의 보지성능의 시간에 따른 변화를 관찰했다. 그 결과, 정면 콘트라스트에 대해서는 d/p의 값이 0.333~0.500의 사이에서 양호하고, 특히 0.385이상에서 높은 콘트라스트를 얻을 수 있었다. d/p의 값이 0.167~0.286의 사이에서는 투과광이 어두워지고(암표시), d/p가 0.615~0.800의 사이에서는 투과광이 밝아지며(명표시), 어느 쪽이나 모두 콘트라스트가 낮았다. 또, 상태보지시간에 대해서는, d/p=0.333의 액정소자에서는 1시간 이상, d/p=0.385, d/p=0.421의 각 액정소자에서는 1일 이상, d/p=0.444, d/p=0.500의 각 액정소자에서는 1주간 이상 상태보지시간을 얻을 수 있었다.

도 24는, 도 23에 나타낸 조건 중 피치p를 8.0μm~9.0μm로 한 액정소자(d/p의 값을 0.444~0.500으로 한 액정소자)에 있어서의 표시보지성능의 온도특성의 평가결과를 나타내는 도면이다. 여기에서는, 카이럴제에 대해서도 2종류(R-8111, CB15)를 이용하고 있다. 여기서의 평가는, 액정소자를 각 온도 조건하에서 24시간 방치한 후에 리버스 트위스트 배향 상태로의 표시를 보지하고 있는지를 관찰한 것이다. 온도조건 40℃의 경우에는, 카이럴제를 CB15로 하고 피치를 9.0μm로 한 액정소자 이외의 액정소자에서는 모두 높은 표시보지성능을 나타냈다. 그러나, 온도 조건 50℃의 경우에는, 몇 개의 액정소자에서 표시보지성능이 저하했다. 또, 온도 조건 -40℃의 경우에는, 카이럴제를 R-811로 하고 피치를 8.0μm로 한 액정소자에 있어서 표시보지성능이 저하했다. 이러한 결과는, 온도조건에 의해 카이럴제의 피치가 변화하는 것에 기인한다고 생각할 수 있지만, 카이럴제의 종류나 그 첨가량을 선택하는 것으로 넓은 온도 범위에서 높은 표시보지성능을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

도 25는, 도 24에 나타낸 평가에 이용한 액정소자의 관찰상을 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 도 25a는 카이럴제 R-811, 피치 8.0μm로 한 액정소자의 관찰상이며, 도 25b는 카이럴제 R-811, 피치 8.5μm로 한 액정소자의 관찰상이며, 도 25c는 카이럴제 R-811, 피치 9.0μm로 한 액정소자의 관찰상이며, 도 25d는 카이럴제 CB15, 피치 8.0μm로 한 액정소자의 관찰상이며, 도 25e는 카이럴제 CB15, 피치 9.0μm로 한 액정소자의 관찰상이다. 각 액정소자의 프레틸트각은 46˚정도이다. 어느 액정소자도 정면 콘트라스트가 높고, 표시보지성능이 뛰어난 것을 알 수 있다.

도 26은, 피치조건을 9μm(쇼트 피치 조건) 및 12μm(롱 피치 조건)로 한 액정소자의 관찰상을 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 도 26a는 쇼트피치조건의 액정소자의 전압인가 전에서의 관찰상이며, 도 26b는 쇼트피치조건의 액정소자의 전압인가 직후에서의 관찰상이며, 도 26c는 롱피치조건의 액정소자의 전압인가 전에서의 관찰상이며, 도 26d는 롱피치조건의 액정소자의 전압인가 직후에서의 관찰상이다. 또한 도 26e는 각 액정소자에 있어서의 러빙방향과 배향상태의 관계를 나타내고 있다. 또, 각 액정소자의 프레틸트각은 46˚정도이며, 제작조건은 상기와 같다. 도 26a 및 도 26b에 나타나 있는 바와 같이, 쇼트피치조건의 액정소자는 정면 콘트라스트가 높고, 전극의 경계가 명료하게 나타나 있다. 이것에 대해, 도 26c 및 도 26d에 나타나 있는 바와 같이, 롱피치조건의 액정소자는 정면 콘트라스트가 약간 낮고, 전압인가 직후임에도 불구하고 전극의 경계가 불명료하게 나타나 있고, 러빙 선도 현저함을 알 수 있다. 여기서 나타난 롱피치조건(d/p=0.333)은, 프레틸트각이 높은(46˚정도) 경우는 별로 바람직하지 않은 조건임을 알 수 있다. 이러한 결과로부터, 안정된 표시보지성능을 얻기 위해서는 비교적 높은 프레틸트각과 쇼트피치의 양 조건을 만족할 필요가 있다고 말할 수 있다.

도 27~도 31은, 도 24에 나타낸 제작 조건에 대응한 각 액정소자의 광학특성을 나타내는 도면이다. 구체적으로는, 도 27a, 도 28a, 도 29a, 도 30a 및 도 31a는 각각 시각특성을 나타내고, 도 27b, 도 28b, 도 29b, 도 30b 및 도 31b는 각각 러빙 방향과 편광판의 투과축의 배치를 나타내며, 도 27c, 도 28c, 도 29c, 도 30c 및 도 31c는 각각 콘트라스트 특성을 나타내고, 도 27d, 도 28d, 도 29d, 도 30d 및 도 31d는 각각 스프레이 트위스트 상태의 투과율 특성(T_S-t) 및 리버스 트위스트 상태의 투과율 특성(T_U-t)을 나타내고 있다. 또, 도 27에 나타내는 광학특성은 카이럴제 R-811, 그리고 피치 8.0μm의 액정소자의 것이며, 도 28에 나타내는 광학특성은 카이럴제 R-811, 그리고 피치 8.5μm의 액정소자의 것이며, 도 29에 나타내는 광학특성은 카이럴제 R-811, 그리고 피치 9.0μm의 액정소자의 것이며, 도 30에 나타내는 광학특성은 카이럴제 CB15, 그리고 피치 8.0μm의 액정소자의 것이며, 도 31에 나타내는 광학특성은 카이럴제 CB15, 그리고 피치 9.0μm의 액정소자의 것이다. 어느 액정소자에 있어서도 배향막의 소성온도 200℃(프레틸트각 35˚~60˚정도), 트위스트각 70˚이다. 어느 액정소자의 경우도 정면의 콘트라스트비는 높고(CR=141~677), 특히 카이럴제 CB15, 피치 8.0μm의 액정소자는 어느 시각(視角)에 있어서도 표시 반전은 보이지 않고 높은 시인성을 얻을 수 있는 것을 알 수 있다(도 30 참조). 그리고 이 조건으로의 프레틸트각을 측정해 보면 35˚~60˚정도(측정방법에 의해 측정결과에 편차가 있다)의 프레틸트각을 나타내고 있는 것을 알 수 있었다.

왜 이러한 특성을 나타내는지에 대해서는 완전하게는 해명되어 있지 않지만, 일반적으로, 리버스 트위스트 배향 상태에서는, 액정층내부에 경계면의 프레틸트각의 관계와 카이럴제 따른 비트림힘에 따라 큰 일그러짐이 생긴다고 생각할 수 있다. 이 일그러짐에 의해 전압오프상태에 있어서도 액정층의 층 두께 방향의 중앙 부근에 있어서의 액정분자는 기판평면에 대해서 기운 상태가 된다. 일반적으로 리버스 트위스트 배향상태에서는 경계면의 프레틸트각보다 벌크(bulk)에서의 경사각이 높게 된다. 이것은 연속체이론에 근거한 액정분자 배향시뮬레이션에서도 확인되어 있다. 실시예의 각 액정소자는 프레틸트각을 매우 높게 하는 것으로써 액정층의 층두께 방향의 중앙 부근에 있어서의 액정분자의 기울기각을 매우 높게 할 수 있게 되어, 수직배향에 가까운 상태까지 액정분자가 일어서 있는 것은 아닐까 추측된다. 이것에 의해, 전압오프상태에 있어서도 정면방향에서에 대해서도 비교적 어두운 흑색표시를 얻을 수 있는 것이라고 생각할 수 있다.

다음에, 상술의 검증 범위 내에 있어서 적합이라고 생각할 수 있는 조건으로 제작한 액정소자(제6의 실시예에 의한 액정소자)에 대해서, 그 제작조건과 표시상태의 스위칭의 상태를 설명한다. 구체적인 제작조건에 대해서는, 배향막은 소성조건을 200℃에서 1시간으로 하고, 한편 막 두께를 500Å~800Å으로 했다. 또, 러빙처리시의 압입량은 0.8 mm로 했다. 액정층의 트위스트각φ은 90˚혹은 70˚으로 하고, 층두께는 4μm로 했다. 액정 재료로서는 ZLI-2293(멜크회사 제품)을 이용하고, 카이럴제로는 CB15를 이용했다. 카이럴제의 첨가량은 d/p=0.5(피치 8μm)가 되도록 했다. 편광판은 그 투과축이 러빙방향과 평행 혹은 직교 하도록 배치하고, 그리고 서로의 투과축이 대략 직교 하도록 했다. 여기에서는 각 투과축이 각각 근접하는 기판의 배향막의 러빙 방향과 평행이 되도록 편광판을 배치했다.

도 32는, 제6의 실시예에 의한 액정소자에 대해 각 전극에 전압을 인가하고, 스위칭했을 때의 모습을 나타내는 도면이다. 상세하게는, 도 32a는 전극패턴, 러빙 방향 및 편광판의 각 배치를 나타내는 도면이며, 도 32b는 초기상태에 있어서의 액정소자의 관찰상이며, 도 32c는 종 전계인가 후에 있어서의 액정소자의 관찰상이며, 도 32d는 횡 전계 인가 후에 있어서의 액정소자의 관찰상이다. 여기서의 액정소자는, 빗살모양 전극{제1즐치전극(12c) 및 제2즐치전극(12d)}의 전극폭을 20μm, 전극간격을 20μm로 한 것이다. 또, 도 32a에 나타내는 「Ru」는 상측기판의 러빙 방향, 「Rb」는 하측기판의 러빙방향을 나타내고, 「P」 및 「A」는 각 편광판의 투과축방향을 나타내고 있다.

　도 32b에 나타나 있는 바와 같이, 액정소자의 완성 후 상태에서는 액정층이 스프레이 트위스트 배향상태가 되고, 투과광은 밝은 상태(즉 흰색표시)가 되어 있다. 그리고, 도 32c에 나타나 있는 바와 같이 액정층에 대해서 종 전계를 인가한 다음은 액정층이 리버스 트위스트 배향 상태로 전이(轉移)하고, 투과광은 어두운 상태(즉 흑색표시)가 되어 있다. 그 후, 도 32d에 나타나 있는 바와 같이, 액정층에 대해서 즐치전극(12c, 12d)을 이용해 횡 전계를 인가한 다음은 액정층이 스프레이 트위스트 상태로 다시 천이하고, 투과광이 초기상태와 같게 밝은 상태(흰색표시)가 되어 있다. 이러한 스위칭이 가능해진 것은 이하와 같이 생각할 수 있다. 스프레이 트위스트 배향 상태에서는 액정층의 층두께 방향의 대략 중앙에서의 액정분자가 수평방향으로 배향하고 있지만, 종 전계의 인가에 의해서 리버스 트위스트 배향상태가 되고, 액정층의 층두께 방향의 대략 중앙에서의 액정분자가 수직방향으로 배향한다. 이 후, 횡 전계의 인가에 의해서 리버스 트위스트 상태의 액정층의 층두께 방향의 대략 중앙에서의 액정분자에 횡 전계가 걸리는 것으로, 액정분자가 다시 수평방향으로 배향한다. 이 배향방향은, 스프레이 트위스트 배향 상태의 액정층의 층두께 방향의 대략 중앙에서의 액정분자가 있어야 할 배향방향이기 때문에, 액정층이 스프레이 트위스트 상태로 천이한 것이라고 생각할 수 있다.

그리고 비교예로서 액정소자의 카이럴제의 첨가량을 줄였을 경우(d/p＜0.25의 경우)에 대해서도 확인했는데, 초기상태(스프레이 트위스트 배향상태)에 있어서 액정층의 벌크가 대략 수직배향상태가 되어 버리고, 명암 상태의 스위칭이 어렵다는 것을 알았다. 또, 프레틸트각에 대해 대체로 70˚이상으로 높게 했을 경우에는, 이것에 대응해 카이럴제를 조정했다고 해도, 스프레이 트위스트 상태와 리버스 트위스트 상태의 사이에 명암상태를 얻는 것이 어렵다는 것도 알았다. 이것으로부터, 비교적 검은 흑색표시와 쌍안정성을 양립하려면 카이럴제의 첨가량과 프레틸트각의 관계를 상기의 조건으로 하는 것이 필요하다고 말할 수 있다. 여기서, 프레틸트각은 46˚로 했지만, 일반적으로 알려져 있듯이 이러한 영역에서의 프레틸트각은 그 측정이 매우 어렵고, 수치에는 오차의 폭이 존재한다. 측정방법의 차이나 측정정도의 문제에 의해 ±15˚~30˚정도의 편차가 존재할 가능성이 있다.

제6의 실시예에 의한 액정소자에 의하면, 콘트라스트가 높은 밝은(명)표시상태, 어두운(암) 표시상태의 쌍안정 표시를 간편하게 실현될 수 있다. 특히 암표시의 투과율이 낮고, 정면에서 보았을 때도 확실한 표시를 실현할 수 있다.

제6의 실시예에 의한 액정표시소자는, 메모리성을 이용한 구동방법으로 구동할 수 있는, 초저소비 전력구동이 가능하고, 특히 반사형 디스플레이에 적용했을 경우에 메리트는 크며, 저비용으로 대용량의 표시를 실시하는 것이 가능하다. 그 제조에 있어서, 일반적인 트위스티드 네마틱형 액정표시소자와 비교한 코스트 상승요인은 적다 등의 점에서, 제1의 실시예와 같은 효과를 발휘할 수 있다.

도 33은, 제7의 실시예에 의한 액정표시소자의 제조방법을 나타내는 플로차트(flow chart)이다. 본 발명의 발명자들은, 본 도면에 나타내는 플로차트(flow chart)에 따라서 복수의 액정표시소자를 제작해, 양호한 표시가 실현되는 조건을 예비적으로 고찰했다.

투명전극, 예를 들어 ITO 전극이 형성된 투명기판을 2매 준비한다(스텝 S101). 여기에서는 평행평판 타입의 전극을 가지는 테스트 셀을 이용하고, 2매의 투명기판을 세정, 건조했다(스텝 S102).

투명기판 상에, ITO 전극을 덮도록 배향막 재료를 도포한다(스텝 S103). 배향막재료의 도포는, 스핀 코트를 이용해 행했다. 후레키소 인쇄나 잉크젯 인쇄를 이용해 행해도 괜찮다. 본 예에 있어서는, 통상은 수직 배향막의 형성에 사용되는 폴리이미드 배향막 재료의 측쇄밀도를 낮게 하고, 배향막 재료로서 이용했다. 측쇄밀도의 컨트롤은, 적당한 프레틸트각의 부여를 가능하게 하기 위함이다. 배향막 재료는, 배향막의 두께가 500Å~800Å이 되도록 도포했다.

배향막 재료를 도포한 투명기판의 가(假)소성(스텝 S104), 및 본(本)소성(스텝 S105)을 실시한다. 본소성은 160℃~200℃의 사이에서 소성온도를 바꾸어 행했다. 이렇게 해 ITO 전극을 덮는 배향막이 형성되었다(스텝 S103~S105).

다음에, 러빙처리(배향처리)를 실시한다(스텝 S106). 러빙처리는, 예를 들어 옷감을 감은 원통형의 롤을 고속으로 회전시켜 배향막상을 문지르는 공정이며, 이것에 의해 기판에 접하는 액정분자를 한 방향으로 늘어놓는(배향하는) 일이 일어난긴다. 러빙처리는, 압입량을 0.4mm, 0.8mm, 1.2mm로 하는 3조건으로 행했다. 또 러빙처리는, 액정표시소자의 트위스트각이 70˚또는 90˚이 되도록 실시했다.

계속 해서, 액정 셀의 두께를 일정하게 유지하기 위해, 한쪽의 투명기판 면에 갭 컨트롤재를 예를 들어 건식산포법으로 산포한다(스텝 S107).갭 컨트롤재로는 입경 4μm의 플라스틱 볼을 사용하고, 액정 셀의 두께가 4μm가 되도록 했다.

다른 한쪽의 투명기판 면에는 씰재를 인쇄하고, 메인 씰 패턴을 형성한다(스텝 S108). 예를 들어 입경 4μm의 유리섬유를 포함한 열경화성의 씰재를, 스크린 인쇄법으로 인쇄한다. 디스팬서를 이용하여, 씰재를 도포할 수도 있다. 또, 열경화성이 아니고, 광경화성의 씰재나, 광·열병용 경화형의 씰재를 사용해도 괜찮다.

투명기판을 중합한다(스텝 S109). 2매의 투명기판을 소정의 위치에서 중합하여 셀화하고, 프레스한 상태로 열처리를 베풀어 씰재를 경화시킨다. 예를 들어 핫 프레스법을 이용하여 씰재의 열경화를 실시한다. 이렇게 해 공셀이 제작된다.

예를 들어 진공주입법으로 공셀에 네마틱 액정을 주입한다(스텝 S110). 액정중에는 카이럴제를 첨가했다. 카이럴제로는 (주)멜크제의 CB15 또는 S-811를 사용했다. 카이럴제의 첨가량은, 카이럴 피치p, 셀두께d로 했을 때, d/p가 예를 들어 0.5~1.2가 되도록 조정했다.

액정 주입구를, 예를 들어 자외선경화타입의 엔드 씰재로 봉지하고(스텝 S111), 액정분자의 배향을 정리하기 위해, 액정의 상전이온도이상으로 셀을 가열한다(스텝 S112). 그 후, 스크라이바 장치로 투명기판에 새긴 손상을 따라서 브레이킹하여, 개별의 셀로 작게 분할한다.

작게 분할된 셀에 대해, 모따기(스텝 S113)와 세정(스텝 S114)을 실시한다.

마지막으로, 2매의 투명기판의 액정층과 반대측의 면에, 편광판을 붙인다(스텝 S115). 2매의 편광판은 크로스 니콜로, 그리고 투과축의 방향과 러빙 방향이 평행이 되도록 배치했다. 직교하도록 배치할 수도 있다. 양 투명기판의 ITO 전극사이에는 전원을 접속했다.

도 34a 및 도 34b는, 제작된 복수의 액정표시소자에 대해서, 표시상태의 편광현미경관찰결과를 나타내는 사진이다. 도 34a의 사진은, 프레틸트각을 약 35˚, d/p를 0.57로 하는 조건으로 제작한 액정표시소자의 정면 관찰시의 표시상태를 나타내고, 도 34b의 사진은, 프레틸트각을 약 45˚, d/p를 0.8로 하는 조건으로 제작한 액정표시소자의 그것을 나타낸다.

도 34a에 있어서, 검게 보이는(흑색표시) 부분은, 양 투명기판의 전극사이에 전압을 인가한 영역이며, 희게 보이는(흰색표시) 부분은, 전압 무인가의 영역이다. 도 34b에 있어서도 마찬가지이다. 도 34b에는, 희게 보이는 부분의 확대사진도 함께 나타내었다.

희게 보이는 부분은, 육안으로는 균일한 흰색 표시로 보이지만, 현미경으로 확대해 관찰하면 섬세한 배향의 모양이 인정된다. 이것은 포칼코닉 배향이라고 생각할 수 있다.

도 34c에, 포칼코닉 배향의 액정분자배열의 개략을 나타낸다. 포칼코닉 배향이란, 나선의 축이 기판(상측기판 및 하측기판)면과 평행이 되도록, 액정분자가 액정층안에서 나선구조를 취하는 배열상태를 말한다.

한편, 도 34a 및 도 34b의 사진에 검게 보이는 부분에 있어서는, 액정분자는, 카이럴제에 따라 부여되는 비틀림 힘에 반발하고, 상하기판의 프레틸트각의 관계로부터 비틀리기 쉬운 방향으로 비틀리는 리버스 트위스트 배열상태를 나타내고 있다고 생각할 수 있다. 액정층의 두께방향의 중앙에 위치하는 액정분자가, 어느 정도 수직방향으로 일어서 있기 때문에, 흑색표시가 얻어지고 있는 것일 것이다. 도 34a의 사진에 나타내는 액정 셀의 제작조건, 및, 도 34b의 사진에 나타내는 액정 셀의 제작조건에 있어서는, 카이럴제의 첨가량이 비교적 많기 때문에, 액정층 내부의 왜곡(찌그러짐)이 크고, 액정층의 두께방향 중앙분자가, 수직가까이 일어서 있는 상태가 되어 있다고 추측된다.

제작된 액정표시소자는, 초기상태에 있어서 포칼코닉 배열상태가 된다. 양 투명기판의 ITO 전극사이에, 전기광학특성의 포화 전압치 이상의 전압을 인가하면(역치전압이상의 강도의 종 전계를 일으키게 한다), 리버스 트위스트 배열상태로 천이한다. 도 34a 및 도 34b에 나타내는 사진으로부터, 제작된 액정표시소자에 있어서는, 정면에서 관찰했을 경우에서도, 높은 콘트라스트비로 표시를 하는 것을 알 수 있다.

그리고 흰색표시(포칼코닉 배열상태), 및, 흑색표시(리버스 트위스트 배열상태)의 메모리성은 매우 안정되고, 현미경에 의해서 액정분자의 미세한 배열상태의 변화를 관찰했지만, 장기, 적어도 반년 이상에 걸쳐서 안정했다.

도 35a는, 프레틸트각을 약 45˚, d/p를 0.8로 하는 조건으로 제작한 액정표시소자(도 34b에 표시상태를 나타내는 액정표시소자)에 대해서, 0˚~180˚방위(좌우 방위)의 투과율 시각의존성을 나타내는 그래프이다. 그래프의 횡축은, 정면방향(기판 법선 방향)을 0˚으로 했을 때의 관찰각도를 단위 「˚」으로 나타낸다. 우측위로 기운 관찰각도를 플러스의 각도로 나타내며, 좌방위로 기운 관찰각도를 마이너스의 각도로 나타내었다. 그래프의 세로축은, 투과율을 단위「%」로 나타낸다. 마름모형을 이은 곡선(S-t로 표기)은, 포칼코닉 배열상태에 있어서의 투과율의 시각의존성을 나타낸다. 정방형을 이은 곡선(U-t로 표기)은, 리버스 트위스트 배열상태에서의 그것을 나타낸다.

또, 도 35b에, 프레틸트각을 약 45˚, d/p를 0.8로 하는 조건으로 제작한 액정표시소자(도 34b에 표시상태를 나타내는 액정표시소자)의 등(等)콘트라스트 곡선을 나타낸다.

도 35b로부터 알 수 있듯이, 제작한 액정표시소자에 대해서, 전(全)방위에 관해서, 거의 대칭인 등콘트라스트 곡선이 얻어지고 있다. 또, 도 35a에 나타나 있는 바와 같이, 포칼코닉 배열상태(흰색 표시)에 있어서도, 리버스 트위스트 배열상태(흑색표시)에 있어서도, 거의 좌우대칭인 투과율시각의존성이 얻어지고 있는 것부터, 제작한 액정표시소자는, 좌우대칭인 콘트라스트특성을 갖추고 있는 것을 명료하게 알 수 있다. 이와 같이, 제작한 액정표시소자는 시각특성이 뛰어난 액정표시소자이다.

비교를 위하여, 도 35c에, 특허문헌6에 기재된 발명의 실시예에 따른 액정표시소자의 시각콘트라스트특성을 나타낸다. 본 도면은, 특허문헌6의 도면(도 13(A))에 기재된 것과 동일한 도면이다. 도 35c로부터 알 수 있듯이, 특허문헌6에 기재된 액정표시소자에 있어서는, 콘트라스트비가 좌우비대칭이다. 제7의 실시예에 의한 액정표시소자의 제조방법을 나타내는 플로차트(flow chart)(도 33)에 따라서 예비적으로 제작된 액정표시소자는, 앞의 발명과 비교하여, 콘트라스트비의 좌우대칭성이 실현되고 있는 점에서, 시각특성이 뛰어나다. 또한, 도 35c로부터, 특허문헌6에 기재된 발명의 실시예에 있어서는, 정면관찰시의 콘트라스트비는 3보다 약간 큰 정도이고, 도 35a에 나타내는 그래프에서는, 도 33에 나타내는 플로차트(flow chart)에 따라서 제작된 액정표시소자의 정면 관찰시 콘트라스트비는 4보다 약간 작은 정도로 계산된다. 이와 같이, 정면에서 관찰했을 경우에, 높은 콘트라스트비로 표시를 실시하는 것이 가능한 점에서도, 시각특성이 뛰어나다. 그리고 이들 특징(표시품질의 높이)은, 제7의 실시예에 의한 액정표시소자(후술)도 갖추고 있다.

본 발명자는, 예를 들어 액정층에 물리적 작용을 주는 것으로, 리버스 트위스트 배열상태와 포칼코닉 배열상태가 가환적으로 실현되어 액정분자의 각 배열상태가, 함께 안정하게 되는 조건을 예의 연구했다.

도 36은, 리버스 트위스트 배열상태, 및, 포칼코닉 배열상태의 쌍안정 상태를 실현 가능하게 하는 조건을 나타내는 그래프이다. 그래프의 횡축은 프레틸트각을 단위「˚」로 나타내고, 세로축은, 카이럴제의 첨가량을 d/p를 이용해 나타낸다.

본 도면에 있어서, 마름모형을 이은 곡선보다 아래의 범위에 있는 프레틸트각 및 d/p의 조합에 있어서는, 포칼코닉 배열상태가 발현하지 않는다. 즉 카이럴제의 첨가량이 너무 적으면, 포칼코닉 배열상태가 아니라 스프레이 트위스트 배열상태가 나타난다.

또, 정방형을 이은 곡선보다 위의 범위에 있는 프레틸트각 및 d/p의 조합에 있어서는, 항상 포칼코닉 배열상태가 된다. 즉 카이럴제의 첨가량이 너무 많으면, 포칼코닉 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로 상전이 시킬 수 없다.

경계면의 앵커링 강도나 액정의 탄성 정수에 따라서 곡선은 다소 상하로 움직이지만, 양 곡선 사이의 범위에 있는 프레틸트각 및 d/p의 조합에 있어서, 리버스 트위스트 배열상태, 및, 포칼코닉 배열상태의 쌍안정 상태가 실현된다. 리버스 트위스트 배열상태와 포칼코닉 배열상태의 쌍안정 상태는, 카이럴제의 비틀림력(chirality)을, 어느 범위내로 제어했을 때에 나타나는 특수한 상태이다.

그리고 동그라미 표시는, 도 34b에 표시 상태를 나타내고, 도 35a 및 도 35b에 시각 특성을 나타낸 액정표시소자의 프레틸트각(약 45˚)과 d/p(0.8)를 나타낸다.

본 도면에 나타내는 결과로부터, 프레틸트각이 수직에 가까울수록, d/p의 값이 낮아도 포칼코닉 배열상태가 되기 쉬운 것을 알 수 있다. 본 발명의 발명자들이 반복해 행한 실험에 의하면, 프레틸트각이 낮아도, 전압에 의해 액정분자배향을 수직에 가깝게 하면, 포칼코닉 배열상태가 관찰되게 되지만, 경계면의 영향이기 때문인지, d/p의 값은 비교적 높지 않으면 포칼코닉 배열상태는 발현하지 않았다.

리버스 트위스트 배열상태, 및, 포칼코닉 배열상태의 쌍안정상태가 실현되는 것은, 액정층을 협지하는 상하기판의 쌍방으로, 20˚이상 85˚이하의 프레틸트각이 발현하는 배향 처리가 이루어지고, 액정층에 카이럴제가, d/p가 0.5 이상 2 이하가 되는 범위에서 첨가되고 있는 경우라고 말할 수 있을 것이다. 또, 상하기판의 쌍방으로, 35˚이상 55˚이하의 프레틸트각이 발현하도록 배향처리가 이루어지고 있을 때는, d/p가 0.5이상 1.2 이하가 되는 범위에서 카이럴제가 첨가되고 있는 경우에, 리버스 트위스트 배열상태와 포칼코닉 배열상태의 쌍안정상태가 실현가능하다고 말할 수 있을 것이다.

본 발명의 발명자들은, 이상의 예비적 고찰을 근거로 하여 제7의 실시예에 의한 액정표시소자를 제작했다.

제7의 실시예에 따른 액정표시소자의 한 화소내의 개략적인 단면도는 도 1과 동일하다.

액정층(15)을 형성하는 액정재료에는 카이럴제가 첨가되어 있다. 액정 셀 완성상태(초기상태)에서의 액정분자의 배열상태는, 포칼코닉 배열이었다. 예를 들어 전원(20)에 의해서, 양 베타전극(12a, 12b)사이에, 역치전압 이상의 교류전압을 인가하는 것으로, 액정분자의 배열상태를, 포칼코닉 배열로부터 리버스 트위스트 배열로 전이시킬 수 있다.

도 37~도 41을 참조하여, 제7의 실시예에 의한 액정표시소자의 구성 및 제조 방법에 대해 상세하게 설명한다.

도 37은, 상측투명기판(11a)상에 형성되는 ITO막의 패턴을 나타내는 개략적인 평면도이다. 본 도면에 나타내는 ITO막으로, 예를 들어 화소전극{각 화소에 대해 상측베타전극(12a)을 형성하는 전극} 및 해당 화소전극의 취출전극이 형성된다.

ITO막 패턴은, 예를 들어 본 도면 좌우 방향으로 ITO막이 스트라이프형상으로 뻗어 형성된다. 본 도면에 대해서는, 화소전극을 구성하는 ITO막에 12A₁~12A₁₀의 부호를 붙여 나타냈다.

ITO막의 패터닝은, ITO 유리기판을 세정한 후, 포트리소 공정을 이용해 행했다. ITO의 에칭은, 제2염화철을 이용한 웨트에칭으로 실시했다. 레이저빔을 조사하고, ITO막을 제거하는 것으로 패터닝을 실시해도 괜찮다.

도 38은, 하측투명기판(11b)상에 형성되는 ITO막의 패턴을 나타내는 개략적인 평면도이다. 본 도면에 나타내는 ITO막으로, 예를 들어 화소전극{각 화소에 대해 하측베타전극(12b)을 형성하는 전극} 및 해당 화소 전극의 취출전극이 형성된다.

ITO막 패턴은, 예를 들어 본 도면 상하방향으로 ITO막이 스트라이프형상으로 뻗어 형성된다. 본 도면에 대해서는, 화소전극을 구성하는 ITO막의 일부에 12B₁~12B₉의 부호를 붙여 나타냈다. 본 도면 상하방향과 도 37의 좌우방향은 서로 직교하는 방향이다.

ITO막의 패터닝은, 도 37을 참조해 설명한 ITO막 패턴의 형성 방법과 같은 방법으로 실시할 수 있다.

ITO막을 패터닝 한 후, ITO막상을 포함한 하측투명기판(11b)상에 절연막(13)을 형성한다. 절연막(13)은, 예를 들어 취출전극(12BT₁~12BT₉)부분(단자부분)에는 형성하지 않는다. 본 도면에 대해서는, 절연막(13)을 형성하지 않는 영역에 사선을 표시했다. 절연막(13)은, 취출전극 부분 등에 레지스터를 형성하고, 절연막 성막 후에 리프트 오프로 레지스터를 제거하는 방법, 메탈 마스크로 취출전극 부분 등을 덮은 상태에서 스팩터에 의해 형성하는 방법에 의해 형성이 가능하다. 또, 절연막(13)은, 유기 절연막이나 SiO₂, SiN_x 등의 무기 절연막으로 할 수 있다. 이들의 조합으로 형성해도 좋다. 여기에서는 아크릴계 유기 절연막과 SiO₂의 적층막을 절연막(13)으로서 이용했다.

제7의 실시예에 대해서는, 우선 취출전극 부분 등에 내열성필름(폴리이미드 테이프)을 붙이고, 막 두께 1μm에 유기절연막을 스핀 코트(2000 rpm로 30초간 스핀)했다. 다음에, 유기절연막이 스핀 코트된 하측투명기판(11b)을, 클린 오븐에서 220℃에서 1시간 고온에서 구우고, 그 후 내열성 필름을 붙인 채로 하측투명기판(11b)을 80℃로 가열하고, SiO₂막을 스팩터법(교류방전)에 의해 두께 1000Å로 성막 했다. SiO₂막은, 진공증착법, 이온 빔법, CVD법등을 이용해 성막 할 수도 있다.

여기서 내열성 필름을 벗기면, 내열성 필름의 점착 개소에 대해, 유기 절연막 및 SiO₂막을 제거할 수 있었다. 계속 해서, SiO₂막의 절연성과 투명성을 향상시키기 위해서, 하측투명기판(11b)을 클린 오븐에서 220℃에서 1시간 고온에서 구웠다.

SiO₂막의 형성은 필수는 아니지만, SiO₂막을 성막 하는 것으로 절연막(13)의 절연성을 향상시킬 수 있다. 또, 절연막(13)상에 형성하는 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 밀착성 및 패터닝성을 향상시키는 것이 가능하다.

유기 절연막을 형성하지 않고, 절연막(13)을 SiO₂막만으로 구성해도 괜찮다. SiO₂막은 다공질이 되기 쉽기 때문에, 이 경우에는, SiO₂막의 두께를 4000Å~8000Å으로 하는 것이 바람직하다. SiO₂막과 SiN_x막의 적층으로부터 되는 무기절연막(13)으로 할 수도 있다.

절연막(13)상에 ITO막을 형성했다. ITO막은, 하측투명기판(11b)을 100℃로 가열하고, 스팩터법(교류 방전)에 의해 기판 전면(全面)에 성막 했다. 막 두께는 약 1200Å로 했다. ITO막은, 진공 증착법, 이온 빔법, CVD법등을 이용해 형성할 수도 있다. 이 ITO막을 포트리소 공정으로 패터닝 하고, 제1즐치전극(12c), 제2즐치전극(12d), 및 이들 전극(12c, 12d)의 취출전극을 형성했다.

도 39는, ITO막의 에칭에 사용하는 포토마스크를 나타내는 개략적인 평면도이다. 포토마스크는, 제1즐치전극(12c) 대응부분, 제2즐치전극(12d) 대응부분, 제1즐치전극(12c)의 취출전극 대응부분, 제2즐치전극(12d)의 취출전극 대응부분, 및 하측베타전극(12b)의 취출전극 대응부분을 포함한다. 에칭시, 각 대응부분에서 덮인 ITO막으로, 전극이 형성된다. 본 발명의 발명자들은, 빗살 형상 전극의 즐치부분의 전극폭을 20μm, 30μm, 2개의 빗살 형상 전극의 즐치부분을 교대로 배치했을 때의 전극 간격을 20μm, 30μm, 50μm, 100μm, 200μm로 하는 복수의 전극패턴으로, 제1즐치전극(12c) 및 제2즐치전극(12d)을 제작했다.

이상과 같은 공정을 거치고, 전극부착기판을 2매 준비했다(도 33의 스텝 S101). 2매의 전극 부착 기판을 세정해 건조한다(스텝 S102). 수세의 경우는, 순수한 물 세정을 실시한다. 세제를 사용해 행해도 괜찮다. 브러쉬 세정, 스프레이 세정의 어느 것으로 세정할 수도 있다. 그 후 탈수를 하고, 건조시킨다. 수세 이외 방법으로서 UV세정, IR건조를 실시하는 것이 가능하다.

2매의 전극 부착 기판상에, ITO 전극을 덮도록 배향막재료를 도포했다(스텝 S103). 배향막재료의 도포는, 스핀 코트를 이용해 행했다. 후레키소 인쇄나 잉크젯 인쇄를 이용해 행해도 괜찮다. 통상은 수직 배향막의 형성에 사용되는 폴리이미드 배향막재료의 측쇄밀도를 낮게 하여, 배향막재료로서 이용했다. 이것은 예비적 고찰을 위해서 제작한 액정표시소자에 사용한 배향막재료와 동일한 재료이다. 배향막재료는, 배향막의 두께가 500Å~800Å이 되도록 도포했다. 배향막재료를 도포한 전극 부착 기판의 가(假)소성(스텝 S104), 및 본(本)소성(스텝 S105)을 실시했다. 본소성은 클린 오븐에서, 180℃에서 1시간 행했다. 160℃이상 180℃이하의 온도에서 행해도 괜찮다. 이렇게 해서 ITO 전극을 덮는 배향막을 형성했다(스텝 S103~S105).

도 40은, 하측기판(10b)에 형성되는 하측배향막(14b)의 형성영역의 일부를 나타내는 개략적인 평면도이다. 하측배향막(14b)은, 예를 들어 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)이 배치되고, 화소가 확정되는 영역에 형성된다. 본 도면에는, 하측배향막(14b)의 형성 영역으로서 좌상(左上)의 부분만을 나타냈지만, 그 외의 즐치전극(12c, 12d)배치 영역에 대해서도 같다.

다음에, 러빙처리(배향처리)를 실시했다(스텝 S106). 러빙처리는, 압입량을 0.8 mm로 하고, 상측배향막(14a), 하측배향막(14b)의 쌍방으로 20˚이상 85˚이하, 예를 들어 35˚이상 55˚이하, 일례로서 45˚의 프레틸트각이 발현하도록 행했다. 또, 액정표시소자의 트위스트각이 90˚이 되도록 실시했다.

그리고 이 영역의 프레틸트각은, 측정이 매우 곤란하고, 45˚라고 하는 수치는 적지 않은 오차를 포함할 가능성이 있다. 측정방법의 차이나 측정정도의 문제에 의해, ±15˚~±30˚정도의 편차가 존재할 가능성이 있다.

셀두께를 4μm로 하기 위해, 한쪽의 기판 면에, 입경 4μm의 갭 컨트롤재를 산포했다(스텝 S107). 셀 두께를 3μm이상 5μm이하로 하기 위해, 입경 3μm이상 5μm이하의 갭 컨트롤재를 산포하는 것도 가능하다. 한쪽의 기판 면에는 씰재를 인쇄하고, 메인 씰 패턴을 형성했다(스텝 S108). 2매의 기판을 소정의 위치에서 중합하고(스텝 S109), 씰 재를 경화시켰다.

2매의 기판의 중합은, 상측배향막(14a)의 러빙방향을 제1의 방향, 하측배향막(14b)의 러빙방향을 제2의 방향으로 했을 때, 제2의 방향이 상측기판(10a)의 법선 방향(윗쪽)에서 보아, 제1의 방향을 기준으로, 우회전 방향으로 90˚을 이루는 방향이 되도록 행했다.

　진공 주입법으로 네마틱 액정을 주입했다(스텝 S110). 액정재료로는 굴절률 이방성Δn이 0.067인, 저굴절률 이방성재료를 이용했다. 액정중에는 카이럴제를 첨가했다. 카이럴제로는 (주)멜크제의 CB15를 사용했다. 카이럴제의 첨가량은, 카이럴 피치를 p, 셀두께를 d로 했을 때, d/p가 0.8(p=5μm)이 되도록 조정했다. d/p는, 프레틸트각에 따라 예를 들어 상측 및 하측 배향막(14a, 14b)에 20˚이상 85˚이하의 프레틸트각이 발현하도록 배향 처리가 이루어져 있을 때는 0.5 이상 2 이하, 35˚이상 55˚이하의 프레틸트각이 발현하도록 배향처리가 이루어져 있을 때는 0.5 이상 1.2 이하로 할 수 있다.

액정주입구를, 자외선경화타입의 엔드 씰 재로 봉지하고(스텝 S111), 액정분자의 배향을 정리하기 위해, 액정의 상전이 온도이상으로 셀을 가열했다(스텝 S112). 그 후, 스크라이바 장치로 투명기판에 입힌 손상을 따라서 브레이킹 하고, 개별의 셀로 작게 분할했다. 작게 분할된 셀에 대해, 모따기(스텝 S113)와 세정(스텝 S114)을 실시했다.

마지막으로, 2매의 기판의 액정층과 반대측의 면에, 편광판을 붙였다(스텝 S115). 2매의 편광판은 크로스 니콜로, 그리고 투과축의 방향과 러빙방향이 평행이 되도록 배치했다. 직교하도록 배치할 수도 있다. 양 기판의 ITO 전극{상측, 하측 베타전극(12a, 12b), 및 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)}에는 전원을 접속했다.

도 41은, 제7의 실시예에 의한 액정표시소자의 구조를 나타내는 개략적인 평면도이다. 도 41에는, 도 37~도 40에 나타낸 구조를 모두 중합해 나타내고 있다. 좌우방향으로 뻗는 횡 전극과 상하방향으로 뻗는 종 전극으로 하나의 화소가 획정된다. 본 도면에 대해서는, 횡 전극에 12A₁~12A₁₀의 부호를 붙여 나타내고, 종 전극의 일부에 12B₁~12B₉의 부호를 붙여 나타내었다. 화살표로 나타내 보인 것은, 횡 전극(12A₉)과 종 전극(12B₈)이 기판법선방향에서 보아 겹치는 영역에 획정되는 화소이다. 이 화소에 있어서의 횡 전극(12A₉)은, 도 1의 상측베타전극(12a)에 상당하고, 종 전극(12B₈)은 하측베타전극(12b)에 상당한다.

도 42a~도 42c는, 제7의 실시예에 의한 액정표시소자의 외관사진이다. 그리고 도 42a~도 42c에 나타내는 것은, 제1, 제2즐치전극(12c, 12d)의 즐치부분의 전극폭을 20μm, 양 즐치전극(12c, 12d)의 즐치부분을 교대로 배치했을 때의 전극 간격을 20μm로 하여 제작한 액정표시소자의, 즐치전극(12c, 12d) 형성영역의 정면 관찰 사진이다.

도 42a에, 액정표시소자가 완성한 상태(초기상태)의 외관 사진을 나타낸다. 초기상태에 대해서는, 액정분자는 포칼코닉 배열상태가 된다. 육안으로 보아 균일한 흰색표시를 얻을 수 있었다.

이 상태에 있어서, 상측베타전극(12a)과 하측베타전극(12b)의 사이에 전압을 인가했다. 양 전극(12a, 12b)에의 전압의 인가에 의해, 액정층(15)에는 종 전계가 생긴다.

도 42b는, 전극(12a, 12b)에 전압을 인가한 후의 외관사진이다. 전체가 포칼코닉 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로 천이한 것을 알 수 있다. 또, 정면에서 보아 흑색표시가 얻어지고 있는 것을 알 수 있다. 또한, 반대로 이것으로부터 양 전극(12a, 12b)에의 전압의 인가로, 액정층(15)에 종 전계가 발생하는 것이 확인된다.

다음에, FFS 모드로, 액정층(15)에 횡 전계를 발생시켰다.

도 42c는, 도 42b에 나타내는 상태의 액정표시소자를 FFS 모드로 구동한 후의 외관사진이다. 전면이 초기상태와 같은 상태(포칼코닉 배열상태)로 재천이하고 있는 것을 알 수 있다.

제7의 실시예에 의한 액정표시소자는, 포칼코닉 배열상태와 리버스 트위스트 배열상태를 스위칭 가능한 액정표시소자이다. 종 전계의 인가에 의해, 전자를 후자로 천이시킬 수 있다. 또 횡 전계의 인가에 의해, 후자를 전자에 천이시킬 수 있다. 리버스 트위스트 배열상태를 포칼코닉 배열상태로 천이시키는 방법으로서 FFS 모드로의 구동 외에, IPS 모드로의 구동을 채용할 수 있다.

액정분자가 면내방향으로 나선을 그리고 있는 포칼코닉 배열상태에 있는 액정층에 종 전계를 부가하면, 경계면의 영향력으로 90˚비틀림 배향이 되어, 액정층 두께방향의 중앙에 위치하는 액정분자는 수직방향으로 기운다. 이렇게 해 포칼코닉 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로의 스위칭을 하는 것이라고 생각할 수 있다. 또, 횡 전계의 부가에 의해, 리버스 트위스트 배열상태의 경계면의 액정분자 배향을 흩어지게 하는 것으로, 리버스 트위스트 배열상태로부터 포칼코닉 배열상태로의 스위칭을 하는 것이라고 생각할 수 있다.

제7의 실시예에 의한 액정표시소자는, 부가하는 전계의 방향에 의해, 포칼코닉 배열상태와 리버스 트위스트 배열상태가 서로 천이하고, 각각 상태가 안정적으로 보지되는 액정표시소자이다. 콘트라스트가 높은 흰색표시상태, 흑색표시상태의 쌍안정 표시를 간편하게 실현될 수 있다. 특히, 흑색표시가 어둡고, 정면에서 보았을 때도 분명히 한 표시를 실현하는 것이 가능하다. 이 때문에, 투과형 디스플레이, 투반디스플레이, 반사형 디스플레이의 어느 것에나 매우 적합하게 적용할 수 있다. 또, 제7의 실시예에 의한 액정표시소자는, 좌우 대칭인 콘트라스트비를 가지는 액정표시소자이다.

제7의 실시예에 의한 액정표시소자에 있어서는, 예를 들어 메모리성을 이용한 표시가 가능하다. 흰색을 표시하고 싶은 화소는, 포칼코닉 배열상태로 하고, 흑색을 표시하고 싶은 화소는, 리버스 트위스트 배열상태로 한다. 적어도 흰색표시로부터 흑색표시로 바꾸고 싶은 화소에는 종 전계를 가한다. 흑색표시를 유지하고 싶은 화소에도, 종 전계를 가해도 괜찮다. 반대로, 적어도 흑색표시로부터 흰색표시로 바꾸고 싶은 화소에는 횡 전계를 가세한다. 흰색표시를 유지하고 싶은 화소에도, 횡 전계를 가해도 괜찮다.

제7의 실시예에 의한 액정표시소자는, 제2의 실시예와 같게 구동할 수 있다. 표시는 반영구적으로 보지하는 것이 가능하고, 고콘트라스트비와 양립할 수 있다.

제7의 실시예에 의한 액정표시소자는, 메모리성을 이용한 구동 방법으로 구동할 수 있는, 초저소비 전력구동이 가능하고, 특히 반사형 디스플레이에 적용했을 경우에 메리트는 크고, 저비용으로 대용량의 표시를 실시하는 것이 가능하다, 그 제조에 있어서, 일반적인 트위스티드 네마틱형 액정표시소자와 비교한 코스트 상승요인은 적다는 등의 점에서, 제1의 실시예와 같은 효과를 발휘할 수 있다.

이상, 실시예 등에 따라서 본 발명을 설명했지만, 본 발명은 이것들로 한정되는 것은 아니다.

예를 들어, 제1의 실시예등에 있어서는, 편광판을 크로스 니콜로 배치해 노매리 화이트 표시의 액정표시소자로 했지만, 편광판을 평행 니콜로 배치해 노매리 블랙 표시의 액정표시소자로 해도 좋다. 단지 노매리 화이트로 하는 것이 고콘트라스트비로의 표시를 실현하기 쉬울 것이다. 노매리 화이트 표시의 경우, 양호한 흑색표시를 얻기 위해서는, 상측 및 하측 편광판(16a, 16b)의 투과축방향이 이루는 각도는, 90˚부근인 것이 바람직하다.

또, 실시예에 대해서는, 배향처리를 러빙으로 행했지만, 예를 들어 광배향법, 경사방향 증착법 등, 다른 배향처리방법을 이용하여 배향처리를 실시할 수 있다.

또한, 실시예에 있어서는 하측기판(10b)에만, 액정층(15)(화소영역)의 전체 및 일부에 횡 전계를 일으키게 하는 전극을 형성했지만, 하측기판(10b) 뿐만이 아니라, 상측기판(10a)에도 형성할 수 있다. 횡 전계를 일으키게 하는 전극은, 상측기판(10a), 하측기판(10b) 중 적어도 한편에 형성하면 좋다.

또한, 제5의 실시예에 대해서는, 액정층(15)의 질량에 대해, 1wt%, 2wt%, 5wt%가 되는 조건으로, 중합가능한 재료를 첨가했다. 1wt%이상 5 wt%이하의 범위에 한정하지 않고, 중합가능한 재료의 첨가량이 0.5wt%이상 5 wt%이하의 범위여도, 같은 효과를 얻을 수 있을 것이다.

그 외, 여러 가지의 변경, 개량, 조합 등이 가능하다는 것은 당업자에게는 자명할 것이다.

액정소자 전반, 예를 들어 단순 매트릭스 구동을 실시하는 액정표시소자 전반에 이용할 수 있다. 또, 저소비 전력, 넓은 시각특성, 저가격 등이 요구되는 액정표시소자에 이용 가능하다.

메모리성을 가지는 점에서는, 예를 들어 전력절약으로 빈번한 바꿔쓰기를 필요로 하지 않는 정보기기(퍼스널 컴퓨터, 휴대정보단말기 등)의 표시면 등, 반사형, 투과형, 투사형의 디스플레이에 바람직하게 적용 가능하다. 또, 자기기록 내지 전기기록된 카드의 정보 표시면, 아동용 완구, 전자 페이퍼 등에 이용할 수 있다.

또한, 재해 발생으로 인한 정전 시에도 표시를 유지하기 위한 디스플레이에 이용 가능하다.

10a　상측기판
10b　하측기판
11a　상측 투명기판
11b　하측 투명기판
12a　상측 베타전극
12b　하측 베타 전극
12c　제1즐치전극
12d　제2즐치전극
13　절연막
14a　상측 배향막
14b　하측 배향막
15　액정층
16a　상측 편광판
16b　하측 편광판
20　전원
21　슬릿 전극
21a　슬릿
22, 22a　코먼선
23　주사선
24　반도체막
25　소스 전극
26, 26a　드레인 전극
27　신호선
28　절연막
31~33　드라이버
34　화소부

Claims (26)

1. 배향 처리된 제1의 기판과,
   상기 제1의 기판과 평행으로 대향 배치되고, 배향처리된 상기 제2의 기판과,
   상기 제1의 기판과 상기 제2의 기판과의 사이에 배치되고, 카이럴제를 포함하고, 트위스트 배향하는 액정층을 가지며,
   상기 액정층이 상기 카이럴제를 포함하지 않았던 경우에, 액정분자가 비틀리는 선회방향을 제1선회방향으로 할 때, 상기 카이럴제는 상기 액정층의 액정분자에, 상기 제1선회방향과는 반대의 제2선회방향으로의 선회성을 주고,
   상기 제1의 기판 및 상기 제2의 기판에는 전극이 형성되며,
   상기 전극은, 상기 액정층의 일부에, 상기 액정층의 두께방향의 전계, 또는, 상기 액정층의 두께방향과 직교하는 방향의 전계를 일으킬 수 있으며,
   상기 전극은,
   상기 제1의 기판에 형성된 제1의 전극과,
   상기 제2의 기판에 형성된 제2, 제3, 제4의 전극을 포함하고,
   상기 제1, 제2의 전극은 베타전극이고,
   상기 제3, 제4의 전극은, 상기 제2의 전극 상방에 절연막을 개입시켜 형성된 즐치전극으로서 즐치부분이 교대로 배치되어 있는 즐치전극이며,
   상기 제3, 제4의 전극이 교대로 배치되는 즐치부분사이의 거리를 s로 하고, 상기 액정층의 두께를 d로 할 때, s＞2× d 이고,
   상기 제1의 전극과 상기 제 3의 전극과의 사이에만 전위차를 주는 것으로, 1화소중의 상기 액정층의 일부에만, 상기 액정층의 두께방향의 전계를 일으키는 것으로써 리버스 트위스트 배열상태가 되는 영역과 스프레이 트위스트 배열상태가 되는 영역을 혼재시키는 액정소자.
2. 상기 제3의 전극의 즐치부분의 폭과, 상기 제4의 전극의 즐치부분의 폭이 서로 다른 청구항 1기재의 액정소자.
3. 배향 처리된 제1의 기판과,
   상기 제1의 기판과 평행으로 대향 배치되고, 배향처리된 상기 제2의 기판과,
   상기 제1의 기판과 상기 제2의 기판과의 사이에 배치되고, 카이럴제를 포함하고, 트위스트 배향하는 액정층을 가지며,
   상기 액정층이 상기 카이럴제를 포함하지 않았던 경우에, 액정분자가 비틀리는 선회방향을 제1선회방향으로 할 때, 상기 카이럴제는 상기 액정층의 액정분자에, 상기 제1선회방향과는 반대의 제2선회방향으로의 선회성을 주고,
   상기 제1의 기판 및 상기 제2의 기판에는 전극이 형성되며,
   상기 전극은, 상기 액정층의 일부에, 상기 액정층의 두께방향의 전계, 또는, 상기 액정층의 두께방향과 직교하는 방향의 전계를 일으킬 수 있으며,
   상기 전극은,
   상기 제1의 기판에 형성된 제1의 전극과,
   상기 제2의 기판에 형성된 제2, 제3, 제4의 전극을 포함하고,
   상기 제1, 제2의 전극은 베타전극이고,
   상기 제3, 제4의 전극은, 상기 제2의 전극 상방에 절연막을 개입시켜 형성된 즐치전극으로서 즐치부분이 교대로 배치되어 있는 즐치전극이며,
   상기 제3, 제4의 전극이 교대로 배치되는 즐치부분사이의 거리를 s로 하고, 상기 액정층의 두께를 d로 할 때, s＞2× d 이고,
   상기 제1의 전극과 상기 제 3의 전극과의 사이, 그리고 상기 제1의 전극과 상기 제4의 전극과의 사이에만 전위차를 주는 것으로, 1화소중의 상기 액정층의 일부에만, 상기 액정층의 두께방향의 전계를 일으키는 것으로써 리버스 트위스트 배열상태가 되는 영역과 스프레이 트위스트 배열상태가 되는 영역을 혼재시키는 액정소자.
4. 상기 제3의 전극의 즐치부분의 폭과, 상기 제4의 전극의 즐치부분의 폭이 서로 다른 청구항 3기재의 액정소자.
5. 상기 제3의 전극의 즐치부분의 폭과, 상기 제4의 전극의 즐치부분의 폭과, 상기 제3, 제4의 전극의 교대로 배치되는 즐치부분사이의 거리와의 비가 4：2：1인 청구항 3 또는 4 기재의 액정소자.
6. 배향 처리된 제1의 기판과, 상기 제1의 기판과 평행으로 대향 배치되고, 배향 처리된 제2의 기판과, 상기 제1의 기판과 상기 제2의 기판의 사이에 배치되고, 카이럴제를 포함하며, 트위스트 배향하는 액정층을 가지고, 상기 액정층이 상기 카이럴제를 포함하지 않았던 경우에, 액정분자가 비틀리는 선회방향을 제1선회방향으로 할 때, 상기 카이럴제는 상기 액정층의 액정분자에, 상기 제1선회방향과는 반대의 제2선회방향으로의 선회성을 주며, 상기 제1의 기판 및 상기 제2의 기판에는 전극이 형성되며, 상기 전극은, 상기 액정층의 일부에, 상기 액정층의 두께방향의 전계, 또는, 상기 액정층의 두께방향과 직교하는 방향의 전계를 일으키게 할 수 있는 액정소자의 구동 방법으로서,
   상기 전극은, 상기 제1의 기판에 형성된 제1의 전극과, 상기 제2의 기판에 형성된 제2, 제3, 제4의 전극을 포함하며, 상기 제1, 제2의 전극은 베타전극이고, 상기 제3, 제4의 전극은, 상기 제2의 전극 상방에 절연막을 개입시켜 형성된 즐치전극으로서, 즐치부분이 교대로 배치되어 있는 즐치전극이며, 상기 제3, 제4의 전극이 교대로 배치되는 즐치부분사이의 거리를 s로 하고, 상기 액정층의 두께를 d로 할 때, s＞2× d 이고, 상기 제1의 전극과 상기 제3의 전극의 사이에 전위차를 주는 것으로, 1화소중의 상기 액정층의 일부만을 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로 천이시키고, 리버스 트위스트 배열상태가 되는 영역과 스프레이 트위스트 배열상태가 되는 영역을 혼재시키는 액정소자의 구동 방법.
7. 상기 제3의 전극의 즐치부분의 폭과, 상기 제4의 전극의 즐치부분의 폭이 서로 다른 청구항 6기재의 액정소자의 구동방법.
8. 배향 처리된 제1의 기판과, 상기 제1의 기판과 평행으로 대향 배치되고, 배향 처리된 제2의 기판과, 상기 제1의 기판과 상기 제2의 기판의 사이에 배치되고, 카이럴제를 포함하며, 트위스트 배향하는 액정층을 가지고, 상기 액정층이 상기 카이럴제를 포함하지 않았던 경우에, 액정분자가 비틀리는 선회방향을 제1선회방향으로 할 때, 상기 카이럴제는 상기 액정층의 액정분자에, 상기 제1선회방향과는 반대의 제2선회방향으로의 선회성을 주며, 상기 제1의 기판 및 상기 제2의 기판에는 전극이 형성되며, 상기 전극은, 상기 액정층의 일부에, 상기 액정층의 두께방향의 전계, 또는, 상기 액정층의 두께방향과 직교하는 방향의 전계를 일으키게 할 수 있는 액정소자의 구동 방법으로서,
   상기 전극은, 상기 제1의 기판에 형성된 제1의 전극과, 상기 제2의 기판에 형성된 제2, 제3, 제4의 전극을 포함하며, 상기 제1, 제2의 전극은 베타전극이고, 상기 제3, 제4의 전극은, 상기 제2의 전극 상방에 절연막을 개입시켜 형성된 즐치전극으로서, 즐치부분이 교대로 배치되어 있는 즐치전극이며, 상기 제3, 제4의 전극이 교대로 배치되는 즐치부분사이의 거리를 s로 하고, 상기 액정층의 두께를 d로 할 때, s＞2× d 이고, 상기 제1의 전극과 상기 제3의 전극의 사이, 그리고 상기 제1의 전극과 상기 제4의 전극과의 사이에만 전위차를 주는 것으로, 1화소중의 상기 액정층의 일부만을 스프레이 트위스트 배열상태로부터 리버스 트위스트 배열상태로 천이시키고, 리버스 트위스트 배열상태가 되는 영역과 스프레이 트위스트 배열상태가 되는 영역을 혼재시키는 액정소자의 구동 방법.
9. 상기 제3의 전극의 즐치부분의 폭과, 상기 제4의 전극의 즐치부분의 폭이 서로 다른 청구항 8기재의 액정소자의 구동방법.
10. 제1의 전극을 갖추어 배향 처리된 상기 제1의 기판과,
    상기 제1의 기판과 평행으로 대향 배치되고, 제2의 전극을 갖추고, 배향 처리된 상기 제2의 기판과,
    상기 제1의 기판과 상기 제2의 기판 사이에 배치되고, 카이럴제를 포함하며, 트위스트 배향하는 상기 액정층을 가지고,
    상기 액정층이 상기 카이럴제를 포함하지 않았던 경우에, 액정분자가 비틀리는 선회방향을 제1선회방향으로 할 때, 상기 카이럴제는 상기 액정층의 액정분자에, 상기 제1선회방향과는 반대의 제2선회방향으로의 선회성을 주며,
    상기 액정층에는, 상기 제1의 전극과 상기 제2의 전극에 전압을 인가하는 것으로, 상기 액정층의 두께방향의 전계를 일으키게 하는 것이 가능하고,
    상기 제1의 기판, 상기 제2의 기판의 적어도 한편에는, 전압의 인가에 의해, 상기 액정층의 두께 방향과 직교하는 방향의 전계를 일으키게 하는 것이 가능한 전극이 형성되어 있으며,
    상기 제1의 기판 및 상기 제2의 기판에 대한 배향처리, 및, 상기 액정층에의 카이럴제의 첨가는, 상기 액정층에 부가하는 전계의 방향에 의해, 상기 액정층의 액정분자가, 포칼코닉 배열상태와 리버스 트위스트 배열상태의 사이에 서로 천이 하도록 행해지는 액정소자.
11. 상기 제1 및 제2의 기판에, 20˚이상 85˚이하의 프레틸트각이 발현하도록 배향처리가 이루어지고, 카이럴 피치를 p, 상기 액정층의 두께를 d로 했을 때, d/p가 0.5이상 2 이하가 되도록, 상기 액정층에 카이럴제가 첨가되어 있는 청구항10 기재의 액정소자.
12. 상기 제1 및 제2의 기판에, 35˚이상 55˚이하의 프레틸트각이 발현하도록 배향처리가 이루어지고, d/p가 0.5 이상 1.2 이하가 되도록, 상기 액정층에 카이럴제가 첨가되어 있는 청구항11 기재의 액정소자.
13. 상기 제 2의 기판은,
    투명기판과,
    상기 투명기판 상에 형성된 상기 제2의 전극과,
    상기 제2의 전극 상에 형성된 절연막과,
    상기 절연막상에 형성된, 제1및 제2의 즐치전극으로서, 즐치부분이 교대로 배치되어 있는 제1및 제2의 즐치전극과,
    상기 제1 및 제2의 즐치전극을 덮도록 상기 절연막상에 형성된 배향막을 포함한 청구항 10~12의 어느 1항 기재의 액정소자.
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15. 삭제
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