KR19980080045A

KR19980080045A - 액정 표시 소자의 제조 방법

Info

Publication number: KR19980080045A
Application number: KR1019980007797A
Authority: KR
Inventors: 타카시 쿠리하라; 야스히로 쿠메; 켄지 마지마
Original assignee: 쯔지 하루오; 샤프 가부시끼가이샤
Priority date: 1997-03-11
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 1998-11-25
Also published as: KR100272869B1; CN1199868A; CN1114840C; US5907383A; JPH10253936A; TW434446B

Abstract

본 발명은 한 쌍의 기판과, 상기 한 쌍의 기판 사이에 존재하는 액정층을 가지며, 상기 액정층은 고분자 영역 및 실질적으로 상기 고분자 영역에 의해 둘러싸인 액정 영역을 포함하고, 또 상기 액정 영역 내의 액정 분자가 축 대칭으로 배향되며, 상기 한 쌍의 기판 사이에 액정 재료 및 중합성 재료를 함유하는 전구체 혼합물을 주입하고, 상기 전구체 혼합물을 전구체 혼합물의 혼화 온도 이상의 제 1온도로 가열하며, 상기 전구체 혼합물을 상기 제 1온도로부터 상기 혼화 온도 미만의 제 2온도로 냉각시키고, 상기 중합성 재료를 중합시킴으로써 실질적으로 액정 영역을 둘러싸는 고분자 영역을 형성시키며, 또 적어도 상기 전구체 혼합물이 상기 혼화 온도로부터 상기 제 2온도로 냉각되는 동안, 상기 전구체 혼합물에 소정의 외부 전계를 연속적으로 인가하여 전구체 혼합물로부터 상 분리된 액정 방울 내의 액정 분자에 틸트각을 제공하는 단계를 포함하는 액정 표시 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

액정 표시 소자의 제조 방법

본 발명은 예컨대 많은 사람들이 사용하는 휴대용 정보 단말기, 퍼스널 컴퓨터, 워드프로세서, 오락 기기, 텔레비젼의 평면 디스플레이를 갖는 액정 표시 소자, 및 셔터 효과를 이용한 표시판, 창문, 문, 벽 등에 사용되는 액정 표시 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

일본 특허 공개 6-301015(USP 5,473,450)호에서는 액정 분자를 축 대칭으로(예컨대, 방사상, 동심원상 등) 배향시킴으로써 시각 특성을 현저히 개선시킨 액정 표시 소자(100)(도 13)를 개시하고 있다.

종래의 액정 표시 소자(100)의 부분 단면도를 도 13에 개략적으로 도시하였다. 상기 액정 표시 소자(100)에 있어서, 한 쌍의 기판(21, 23) 사이에 위치하는 액정층(27)은 고분자 영역(28) 및 실질적으로 상기 고분자 영역(28)으로 둘러싸인 액정 영역(29)을 포함한다. 액정 영역(29)은 전극(22)과 각 전극(22)에 대향하는 전극(24) 사이의 영역에 한정된 화소에 대응하도록 형성된다. 액정 영역(29)의 액정 분자(도면에 나타나지 않음)는 기판(21, 23)에 대하여 수직인 액정 영역(29)의 중심축에 대하여 축 대칭으로 배향한다. 그 결과, 액정 표시 소자(100)는 넓은 시각 특성을 갖는다.

상기 종래의 액정 표시 소자(100)의 제조 방법은 고분자 영역(28)으로 둘러싸인 화소 영역(25)에 존재하는 액정 분자를 축 대칭으로 배향시키기 위하여 도 7a 및 7b에 도시된 5단계의 온도 및 전압 제어 과정을 필요로 한다.

(1) 액정 재료와 중합성 재료를 함유하는 전구체 혼합물을 상기 혼합물이 등방상이 되는 온도로 유지하는 단계(도 7a에서 시간 0∼t1). 이 온도는 상기 전구체 혼합물의 혼화 온도 이상이다. 액정 표시 소자(100)의 화소는 표시면(즉, 기판(21, 23); 크로스니콜 상태)에 대하여 수직인 방향에서 편광 현미경을 사용하여 관찰한다. 본 단계에서 화소 상태는 도 8a에 도시한다. 전체 화소는 등방상(10)으로 되어 있다. 등방상(10)은 어둡게 관찰되지만, 보기 쉽도록 도 8a, 8b, 8c, 8d 및 8e와 같이 밝게 도시한다.

(2) 등방상(10)으로부터 액정 방울(11a)(즉, 액정상(11))을 분리시키기 위하여 등방상(10) 및 혼화 상태에 있는 전구체 혼합물을 서냉 및 유지시키는 단계(도 7에서 시간 t1∼t3). 본 단계에서 화소의 상태를 도 8b에 도시한다. 액정 방울(11a)은 등방상(10)으로부터 분리되며, 그 결과 두 개의 상(즉, 등방상(10) 및 액정상(11))이 화소에서 생성된다.

(3) 액정 분자의 축 대칭 배향이 용이하도록 액정 방울(11a)의 크기를 감소시키기 위하여 등방상(10) 및 액정상(11)이 존재하는 상기에서 얻어진 전구체 혼합물의 온도를 높이는 단계(도 7a에서 시간 t3∼t4). 본 단계에서 화소의 상태는 도 8c에 도시한다. 두 개의 상(즉, 등방상(10) 및 액정상(11))이 화소에 존재하며, 액정상(11)의 크기는 액정 분자가 전압 인가에 의해서 축 대칭으로 배향하도록 한다.

(4) 상기 단계(3)에서 얻은 액정 방울(11a)의 크기를 액정 방울(11a)내의 액정 분자를 축 대칭으로 배향하도록 유지하면서, 상기 전구체 혼합물에 전압을 인가하는 단계(도 7a에서 시간 t4∼t5). 본 단계에서 화소의 상태는 도 8d에 도시한다. 두 개의 상(즉, 등방상(10) 및 액정상(11))은 화소에 존재한다. 액정 방울(11a)내의 액정 분자는 축 대칭으로 배향하고 있으며, 그 결과, 4개의 부분으로 구성된 소광 패턴(12)이 관찰된다.

(5) 축 대칭 배향을 갖는 액정 방울(11a)을 성장시키기 위하여 상기 전구체 혼합물을 서냉시키는 단계(도 7a에서 시간 t5∼t6). 본 단계에서 화소의 상태는 도 8e에 도시한다. 축 대칭 배향을 갖는 액정 방울(11a)은 화소 전체로 확장된다.

상술한 바와 같이, 종래 기술에 있어서는, 액정 방울(11a)내의 액정 분자를 축 대칭으로 배향시키기 위하여 온도 및 전압 인가 시간을 정밀하게 제어할 필요가 있다. 액정 방울 내의 액정 분자의 축 대칭 배향을 용이하게 하는 크기의 액정 방울(11a)이 존재하도록 전구체 혼합물의 온도를 제어 및 유지하여야 한다. 전압은 상기 온도를 유지하면서 전구체 혼합물에 인가해야 한다.

도 1a는 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 액정 표시 소자의 기판 평면도이다.

도 1b는 도 1a의 기판의 1B-1B'선 단면도이다.

도 2는 본 발명에 따른 실시예 1에서 제조된 액정셀의 화소를 편광 현미경을 사용하여 크로스니콜 상태에서 관찰한 개략도이다.

도 3a는 본 발명에 따른 실시예 2에서 제조된 액정 표시 소자의 기판 평면도이다.

도 3b는 도 3a의 기판의 3B-3B'선 단면도이다.

도 4는 본 발명에 따른 실시예 2에서 제조된 액정셀의 화소를 편광 현미경을 사용하여 크로스니콜 상태에서 관찰한 개략도이다.

도 5a는 본 발명에 따른 실시예 3에서 제조된 액정 표시 소자의 기판 평면도이다.

도 5b는 도 5a의 기판의 5B-5B'선 단면도이다.

도 6는 본 발명에 따른 실시예 3에서 제조된 액정셀의 화소를 편광 현미경을 사용하여 크로스니콜 상태에서 관찰한 개략도이다.

도 7a는 종래의 액정 표시 소자의 제조 방법에 필요한 온도 제어 조건을 나타내는 그래프이다.

도 7b는 종래의 액정 표시 소자의 제조 방법에 필요한 전압 인가 조건을 나타내는 그래프이다.

도 8a는 종래의 액정 표시 소자의 제조 방법에 따른 제 1단계의 성장 과정에서 화소의 개략도이다.

도 8b는 종래의 액정 표시 소자의 제조 방법에 따른 제 2단계의 성장 과정에서 화소의 개략도이다.

도 8c는 종래의 액정 표시 소자의 제조 방법에 따른 제 3단계의 성장 과정에서 화소의 개략도이다.

도 8d는 종래의 액정 표시 소자의 제조 방법에 따른 제 4단계의 성장 과정에서 화소의 개략도이다.

도 8e는 종래의 액정 표시 소자의 제조 방법에 따른 제 5단계의 성장 과정에서 화소의 개략도이다.

도 9a는 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제조 방법에 필요한 온도 제어 조건을 나타내는 그래프이다.

도 9b는 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제조 방법에 필요한 전압 인가 조건을 나타내는 그래프이다.

도 10a는 본 발명의 액정 표시 소자의 제조 방법에 따른 제 1단계의 성장 과정에서 화소의 개략도이다.

도 10b는 본 발명의 액정 표시 소자의 제조 방법에 따른 제 2단계의 성장 과정에서 화소의 개략도이다.

도 10c는 본 발명의 액정 표시 소자의 제조 방법에 따른 제 3단계의 성장 과정에서 화소의 개략도이다.

도 10d는 본 발명의 액정 표시 소자의 제조 방법에 따른 제 4단계의 성장 과정에서 화소의 개략도이다.

도 10e는 본 발명의 액정 표시 소자의 제조 방법에 따른 제 5단계의 성장 과정에서 화소의 개략도이다.

도 11은 도 5a 및 5b에 나타낸 기판을 사용한 액정셀에 전압이 인가될 때 전계 분포 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 12는 도 5a 및 5b에 나타낸 기판을 사용한 액정셀에 전압이 인가될 때 액정 분자의 배향 상태를 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 13은 액정 분자가 축 대칭으로 배향된 액정 영역을 갖는 종래의 액정 표시 소자의 부분 단면도이다.

도 14는 본 발명에 따른 제조 방법으로 제조된 액정 표시 소자의 부분 단면도이다.

본 발명은 한 쌍의 기판, 상기 한 쌍의 기판 사이에 존재하는 액정층을 포함하며, 상기 액정층은 고분자 영역 및 실질적으로 상기 고분자 영역으로 둘러싸인 액정 영역을 포함하고, 상기 액정 영역의 액정 분자가 축 대칭으로 배향하고 있는 액정 표시 소자의 제조 방법을 제공한다. 상기 방법은 한 쌍의 기판 사이에 액정 재료와 중합성 재료를 함유하는 전구체 혼합물을 주입하고; 상기 전구체 혼합물의 혼화 온도 이상의 제 1온도로 상기 전구체 혼합물을 가열하며; 상기 전구체 혼합물을 상기 제 1온도로부터 상기 혼화 온도 미만의 제 2온도까지 냉각시키고; 상기 중합성 재료를 중합시켜 실질적으로 액정 영역을 둘러싸는 고분자 영역을 형성시키며; 또, 적어도 상기 전구체 혼합물이 상기 혼화 온도로부터 상기 제 2온도로 냉각되는 동안, 상기 전구체 혼합물에 소정의 외부 전계를 연속적으로 인가하여 전구체 혼합물로부터 상 분리된 액정 방울 내의 액정 분자에 틸트각을 제공하는 단계를 포함한다.

본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 한 쌍의 기판은 대향하는 면에 전극을 포함하며, 상기 전극 사이에 전압을 인가함으로써 외부 전계를 전구체 혼합물에 인가한다.

본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 하나는 액정층에 대향하는 표면에 복수의 화소 영역을 둘러싸는 돌기상 구조를 포함하며, 또 이 방법은 상기 냉각 단계에서 상기 전구체 혼합물로부터 상 분리된 액정 방울이 상기 돌기상 구조에 의해 둘러싸인 복수의 화소 영역 각각에 응집되도록 하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 하나는 액정층에 대향하는 표면에 복수의 화소 영역 각각의 중앙부에 섬 형상 돌기를 추가로 포함하며, 또 이 방법은 상기 냉각 단계에서 상기 섬 형상 돌기에 해당하는 위치에 상기 전구체 혼합물로부터 상 분리된 액정 방울의 축 대칭 배향의 중심축을 형성시키는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 섬 형상 돌기의 면적은 화소 영역을 포함하여 2% 내지 50%이다.

본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 한 쌍의 기판은 액정층에 전압을 인가하기 위한 전극을 포함하며, 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 하나는 액정층에 대향하는 표면에 상기 복수의 화소 영역 각각의 중앙부에 전극이 없는 영역을 포함하고, 또 상기 냉각 단계에서 전극이 없는 영역에 해당하는 위치에 상기 전구체 혼합물로부터 상 분리된 액정 방울의 축 대칭 배향의 중심축을 형성시키는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 전극이 없는 영역의 면적은 상기 화소 영역을 포함하여 2% 내지 50%이다.

본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 전구체 혼합물은 상기 냉각 단계에서 5℃/분 이하의 온도 강하 속도로 냉각된다.

본 발명의 하나의 실시예에 있어서, 상기 전구체 혼합물에 인가된 외부 전계는 전압 1V이상, 주파수 1Hz 이상의 교류 전압이다.

따라서, 본 발명은 재생성이 높은 단순한 방법으로 액정 분자가 축 대칭으로 배향된 액정 영역을 갖는 액정 표시 소자의 제조 방법을 제공하는 장점이 있다.

본 발명의 상기 및 기타 장점은 첨부한 도면을 참고하여 상세히 설명한다.

본 발명은 첨부된 도면을 참고하여 상세한 실시예를 통하여 설명한다.

혼화 온도라는 용어는 온도가 증가될 때 액정 물질 및 중합성 물질을 함유하는 전구체 혼합물이 비등방상에서 등방상으로 변화되는 온도, 또는 온도가 감소될 때 전구체 혼합물이 등방상에서 비등방상으로 변화되는 온도를 말한다.

도 14에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 소자(200)는 서로 대향하는 한 쌍의 기판(51, 53), 기판(53)에 제공된 전극(54), 기판(51)의 매트릭스에 제공된 전극(52), 기판(51, 53) 사이에 존재하는 액정층(57)을 포함한다. 상기 액정층(57)은 액정 영역(59) 및 중합체 영역(58)을 포함한다. 상기 액정 표시 소자(200)에서, 액정 영역(59)은 각 화소 영역(55)에 형성되며, 상기 액정 영역(59)의 액정 분자는 축 대칭으로 배향한다. 따라서, 액정 표시 소자(200)는 우수한 시각 특성을 갖는다. 본 발명의 제조 방법에 의하면, 안정한 축 대칭 배향이 거의 모든 화소 영역(55)(즉, 액정 영역(59))에 확립될 수 있다. 이는 우수한 화질의 액정 표시 소자를 높은 수율로 제조하는 것을 가능하게 한다.

그러나, 액정 영역(59)을 각 화소 영역(55)에 형성할 필요는 없다. 제조상의 이유, 또는 다른 이유(예컨대, 종횡비가 1대1이 아닌 길어진 화소를 사용하는 경우)로 인해 필요한 경우, 블랙 매트릭스 등에 의해 구분된 하나의 화소 영역(55)은 두 개 이상의 영역으로 분할될 수 있으며, 상기 액정 영역(59)은 각각의 분할된 영역에 형성될 수 있다. 본 명세서에서 화소라는 용어는 액정 표시 소자에 있어서 화상을 생성하는 기본 단위를 말한다. 화소 영역이라는 용어는 액정 표시 소자에 있어서 표시 소자의 화소를 구성하는 부분을 말하며, 이 부분은 한 쌍의 기판 사이에 존재하는 액정 영역을 포함한다. 상술한 바와 같이, 화소 영역(55)은 복수의 액정 영역(59)을 포함할 수 있다. 본 발명에 따른 액정 표시 소자(200)의 액정 영역(59)은 화소와 대응 관계를 가지며 공간적으로 규칙적인 방식으로 배치되어 있다.

액정 표시 소자(200)의 액정층(57)은 하기 중합성 재료로부터 액정 재료의 전구체 혼합물을 상 분리함으로써 형성된다. 먼저, 전구체 혼합물은 한 쌍의 기판(51, 53) 사이에 주입되며, 혼화 온도 이상으로 가열한다. 다음에, 전구체 혼합물의 온도를 서서히 감소시킨다. 이는 전구체 혼합물을 액정상과 등방상(즉, 중합성 재료상)으로 상 분리시킨다. 액정상은 등방상에서 복수의 액정 방울(즉, 독립상)으로 존재한다.

그 후, 전구체 혼합물의 온도를 더욱 감소시킴으로써, 예컨대 상 분리가 진행된다. 상 분리가 진행될 때, 액정 방울이 성장한다. 이 과정은 액정 방울 성장 과정으로 불리운다. 복수의 액정 방울은 서로 융합하면서 성장한다. 본 명세서에 있어서, 액정 방울의 성장이란 액정 방울의 크기가 커지는 것을 말한다. 용어 액정 방울의 크기란 액정 방울을 기판에 수직인 방향에서 보았을 때 액정 방울이 차지하는 면적을 말한다.

본 발명의 제조 방법에 따라서, 상기의 액정 방울 발생 과정 및 액정 방울 성장 과정은 전구체 혼합물에 소정의 전압이 인가된 상태에서 실시된다. 그 결과, 분리된 액정 방울 내의 액정 분자는 축 대칭으로 배향하고, 성장 과정에서도 축 대칭 배향이 유지된다. 축 대칭 배향은 방사상, 동심원상(즉, 접선) 배향을 포함한다.

축 대칭 배향된 액정 분자로 형성된 액정 방울이 소정의 크기로 성장할 때, 중합성 재료가 중합되고, 이로써 고분자 영역(58)을 형성하여 축 대칭 배향을 갖는 액정 영역(59)을 형성한다. 본 명세서에서, 중합되지 않은 중합성 재료로 형성된 등방상 내에 독립상으로서 존재하는 액정상을 액정 방울이라고 하며, 중합된 재료로 형성된 실질적으로 고분자 영역에 의해 둘러싸인 액정 방울을 액정 영역이라고 칭한다. 고분자 영역(58)을 형성함으로써 상 분리 구조 및 액정 영역(59)내의 액정 분자의 축 대칭 배향이 확립된다. 중합성 재료로서 광중합성 재료를 사용하면, 광중합성 재료가 포토마스크 등을 사용하여 원하는 영역에 선택적으로 중합될 수 있으며, 이로써 공간적으로 규칙적인 방식으로 액정 영역(59)(및 고분자 영역(58))이 형성되기 쉽다는 이점이 있다. 원하는 파장의 빛을 투과하는 재료로 제조된 투명 전극 및 칼라 필터도 또한 포토마스크로서 작용할 수 있다. 이 경우, 액정 영역(59)은 자기-정렬 방식으로 형성될 수 있다.

액정 방울 발생 과정 및 액정 방울 성장 과정에서 액정 분자의 축 대칭 배향이 안정되기 위하여 액정 분자를 기판(51, 53) 표면에 대하여 어떤 각도(틸트각)로 경사지게 하는 것이 중요하다. 액정 분자의 축 대칭 배향의 안정화는 액정 분자가 기판(51, 53) 표면에 대하여 일어나기 시작하는 전압(즉, 임계 전압)보다 높은 전압으로, 및 액정 분자가 기판(51, 53) 표면에 실질적으로 수직으로 일어나는 전압(즉, 포화 전압)보다 낮은 전압을 인가함으로써 획득될 수 있다. 이 전압의 인가는 표시를 얻기 위하여 액정층(57)에 전압을 인가하는 전극(52, 54)을 사용하여 실시될 수 있다. 인가되는 전압은 전압 1V이상, 주파수 1Hz이상의 교류 전압이 바람직하다. 직류 전압을 인가하면 전구체 혼합물이 열화될 수 있다. 전압의 인가 대신에 자기장을 인가할 수 있다. 액정 분자를 경사시키는 소정의 외부 전계가 적합하다.

본 발명에 의한 액정 표시 소자의 제조 방법은 도 9a, 9b, 10a, 10b, 10c, 10d 및 10e을 참조하여 보다 상세하게 설명한다. 도 9a 및 9b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 제조 방법은 온도 및 전압 제어를 위한 하기 두 단계를 포함한다:

(1) 전구체 혼합물이 등방상이 되는 온도로 상기 전구체 혼합물을 유지하는 단계(도 9a에서 시간 0∼t1). 이 온도는 상기 전구체 혼합물의 혼화 온도 이상이다. 본 단계에서 화소 상태는 도 10a에 도시한다. 전체 화소는 등방상(10)으로 되어 있다.

(2) 상기 전구체 혼합물에 일정 전압을 인가하면서 등방상(10)인 전구체 혼합물 전체를 서냉시키는 단계(도 9a에서 시간 t1∼t9). 이 단계에서 화소의 상태는 도 10b, 10c, 10d 및 10e에 도시한다. 우선, 액정 분자가 축 대칭 배향된 액정 방울(11a)은 등방상(10)으로부터 분리된다(도 10b). 그리고 나서, 축 대칭 배향을 갖는 액정 방울(11a)이 서로 융합하여 성장한다(도 10c). 액정 방울(11a)의 융합 및 성장이 더욱 전진되어 화소마다 하나의 액정 방울(11a)이 형성된다(도 10d). 마지막으로, 축 대칭 배향을 갖는 액정 방울(11a)이 화소 영역(55) 전체로 확장된 상태가 얻어진다(도 10e). 본 단계 도중에, 액정 분자는 기판(51, 53) 표면에 대하여 경사져 있으며(도 14), 틸트각의 크기(0틸트각90°)는 인가된 전압의 크기를 제어함으로써 제어할 수 있다.

도 9a 및 9b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 방법은 전구체 혼합물을 t1 내지 t9 기간 동안 균일하게 냉각시키는 단계, 및 일정한 크기의 교류 전압을 0 내지 t9 기간 동안 계속적으로 인가하는 단계를 포함한다. 전압 인가 시간은 전압이 t10 내지 t9 동안 계속적으로 전구체 혼합물에 인가되는 한 제한되지 않는다. 본 실시예에서 t10과 t9는 각각 전구체 혼합물의 온도가 혼화 온도(Tiso)인 시간과 액정 영역(59)의 축 대칭 배향이 안정화되는 시간을 나타낸다.

상기와 같이, 본 발명에 있어서 전압을 인가하면서 등방상의 온도로부터 전구체 혼합물의 온도를 단순히 서냉시킴으로써, 축 대칭 배향을 갖는 액정 방울(11a)이 등방상(10)으로부터 분리되어 융합을 통하여 성장하며, 축 대칭 배향을 가지며 화소 영역(55) 전체로 확장된 액정 방울(11a)이 얻어진다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 있어서 액정 방울(11a)내의 액정 분자를 축 대칭으로 배향시키기 위하여 정밀한 온도 제어 및 전압 인가 타이밍 제어를 필요로 하지 않는다.

인가 전압의 크기 및 주파수는 액정 재료 및 중합성 재료를 함유하는 전구체 혼합물의 종류, 기판(51, 53) 사이의 거리(즉, 셀 간격), 화소 영역(55)의 크기(도 14) 등에 따라 다르다. 온도 강하 속도도 또한 액정 재료 및 중합성 재료를 함유하는 전구체 혼합물의 종류, 기판(51, 53) 사이의 거리, 화소 영역(55)의 크기 등에 따라 다르다. 온도 강하 속도는 약 5℃/분 이하가 바람직하다. 속도가 약 5℃/분 보다 크면, 등방상의 혼화 상태에 있는 전구체 혼합물로부터 분리되는 복수의 액정 방울(11a) 각각이 서로 융합하여 화소 영역(55) 내에 단지 하나의 액정 방울(11a)(즉, 액정상(11))이 되기 전에 성장하여 하나의 화소 영역(55) 내에 복수의 대칭축이 형성되는 단점이 있다.

액정 표시 소자(200)의 시각 특성은 액정 영역(59)의 위치를 화소 영역(55)와 정확히 대응시킴으로써 향상될 수 있다. 이들 위치를 정확히 대응시키기 위하여, 화소 영역(55)내의 액정 분자의 축 대칭 배향의 대칭축의 위치는 표시 요소 전체를 통하여 일정해야 제어되어야 한다. 하기는 제어 방법의 몇몇 실시예이다:

대칭축의 위치는 화소 영역(55) 주위의 돌기상 구조를 갖는 기판을 사용하는 방법에 의해 제어될 수 있다. 이 방법은 액정 방울이 두 개의 대향하는 기판 사이의 거리가 큰 영역에 쉽게 응집한다는 성질을 이용한다. 또한, 화소 영역(55) 주위 및 화소 영역(55) 중심부의 볼록부에 돌기상 구조를 갖는 기판을 사용하는 방법도 채택될 수 있다. 이 방법은 화소 영역(55)의 중심부에 존재하는 볼록부에 해당하는 위치에 축 대칭 배향의 중심축을 배치하는 것을 가능하게 한다. 또한, 화소 영역(55)의 주위에 돌기상 구조 및 화소 영역(55)의 중심에 전극이 없는 영역을 갖는 기판을 사용하는 것도 동일한 효과를 나타낸다. 액정층(57)을 사이에 갖는 한 쌍의 전극(52, 54)중 어느 한쪽에 전극이 없는 영역을 제공함으로써, 화소 영역(55)의 중앙부에 해당하는 영역에 있어서 액정층(57)에 인가된 전기장은 화소 영역(55)의 중앙부의 정상 기판(51, 53)에 대하여 축 대칭적으로 경사지게 한다. 이는 화소 영역(55)의 중앙부(전극이 없는 영역에 해당하는 영역; 도 11 참조)에 축 대칭 배향의 중심축을 형성시킨다.

상기 볼록부 및 전극이 없는 영역은 모두 화소 영역(55) 내에 형성된다. 따라서, 지나치게 큰 볼록부 또는 지나치게 큰 무전극 영역 화질을 저하시킨다. 바람직하게는 볼록부 및 전극이 없는 영역의 면적(기판에 수직인 방향에서 보았을 때의 면적)이 화소 영역(55)의 면적을 포함하여 2% 내지 50%이다. 볼록부 및 전극이 없는 영역의 면적이 2% 미만이면, 상기 효과가 충분히 얻어지지 않을 수 있다. 볼록부의 높이는 기판 사이의 거리의 10% 내지 90%가 바람직하다. 볼록부의 높이가 10% 미만이거나 또는 90% 초과하면, 볼록부에 해당하는 위치에 축 대칭 배향의 중심축이 형성되는 효과가 거의 없게 된다.

실시예

본 발명의 실시예를 아래에 설명한다. 본 실시예는 본 발명의 범위를 한정하지 않는다.

실시예 1

ITO(Indium-tin-oxide; 산화인듐 및 산화주석의 혼합물)로 제조된 투명 전극(두께: 약 100nm)을 갖는 유리 기판(두께: 약 1.1mm) 위에, 밀봉 화합물(예컨대, STRUCT BOND XN-21S, MITSUI TOATSU CHEMICALS INC.제조)를 인쇄법으로 패터닝하여 제 1기판(명시하지 않음)을 형성한다. 그리고 나서, 도 1a 및 1b에 명시된 바와 같이, 몰리브덴으로 제조되고 약 200μm×200μm 크기의 개구부(9)(구멍)를 갖는 블랙매트릭스(3)(두께: 300nm)는 ITO(두께: 약 100nm)로 제조된 투명 전극(2)을 갖는 유리 기판(1)(두께: 약 1.1mm) 위에 패터닝된다. 그 결과 얻어진 기판에 네가티브형 포토레지스트(예컨대 OMR83, Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.제조)를 도포한다. 그 결과 얻어진 기판은 소정의 마스크하에서 노출, 현상, 린스 및 소성하여 높이 약 3μm의 돌기(8)를 형성시킨다. 입경 약 6.0μm의 플라스틱 비드(예컨대 마이크로펄, Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.)를 상기 얻어진 기판 위에 살포하여 제 2기판(210)을 형성시킨다. 이 제 2기판(210)을 제 1기판에 부착하여 셀을 형성시킨다. 본 실시예 1에서, 블랙 매트릭스(3) 및 돌기(8)은 함께 돌기상 구조(4)를 구성한다. 이 돌기상 구조(4)는 돌기상 구조(4)로 둘러싸인 영역(즉, 개구부(9))에 해당하도록 액정 방울이 형성되는 영역을 제어한다.

액정 재료로서, 3.74g의 ZL-4792(Merck Co., Inc.; 0.4중량%의 카이럴제 S-811을 함유함)가 사용될 수 있다. 중합성 수지 재료로서, 0.1g의 R-684(Nippon Kayaku Co., Ltd.제조), 0.1g의 p-페닐스티렌, 및 0.06g의 하기 화학식 (1)로 나타낸 화합물 A의 혼합물이 사용될 수 있다. 광중합 개시제로서, 0.02g의 Irgacure 651(Ciba-Geigy Corporation 제조)이 사용될 수 있다. 상기 액정 재료, 중합성 수지 재료 및 광중합 개시제를 잘 혼합하여 전구체 혼합물을 얻는다. 이 전구체 혼합물의 혼화 온도는 72℃이다.

상기 전구체 혼합물을 셀에 주입하여 액정 셀을 얻는다. 이 액정셀을 먼저 100℃에 가열하여 전구체 혼합물을 균일한 등방상으로 바꾼다. 그리고 나서, 액정 내의 전구체 혼합물에 주파수 60Hz를 갖는 구형파의 교류 신호 전압을 인가하면서, 온도를 0.3℃/분의 온도 강하 속도로 내려 액정 방울을 분리시키고 분리된 액정 방울을 하나의 액정 방울로 성장시킨다. 인가 전압이 작은 경우, 액정 방울이 화소 영역의 크기로 성장하기 전에 액정 방울의 축 대칭 배향의 흐트러짐이 관찰된다. 인가 전압이 큰 경우, 화소 영역의 크기로 성장한 후에 분리된 액정 방울이 서로 융합한다. 액정 방울이 융합할 때, 디스클리네이션이 발생한다.

편광 현미경을 사용하여 투과 모드에서 액정상을 관찰할 때, 인가 전압이 1.5V 내지 2.5V인 경우 도 2에 도시한 바와 같이, 소광 패턴(7)이 형성되며 거의 모든 화소 영역에서 액정 분자가 축 대칭으로 배향하고 있는 것이 관찰된다. 인가 전압의 크기 및 액정 영역의 축 대칭 배향율(즉, 축 대칭 배향을 갖는 액정 영역의 수/총 액정 영역의 수(%))은 표 1과 같다.

인가 전압(V)	0	1.5	2	2.5	3	5
축 대칭 배향율(%)	3	93	80	91	51	13

표 1의 결과로부터 알 수 있듯이, 전압을 인가하지 않으면 축 대칭 배향은 거의 얻어지지 않는다. 또한, 인가 전압이 지나치게 크면, 축 대칭 배향율이 감소됨을 알 수 있다. 그 이유는 포화전압에 가까운 전압이 인가될 때 액정 분자가 기판에 대하여 실질적으로 수직으로 일어서며, 이는 축 대칭 배향을 불안정하게 하기 때문이라고 생각된다. 인가 전압의 최적의 주파수 및 크기는 전구체 재료의 종류, 기판 사이의 거리 및 화소 영역(즉, 액정 영역)의 크기에 따라 다르며, 적절히 선택될 수 있다.

상술과 바와 같이, 각 화소 영역에서 축 대칭 배향을 갖는 액정 방울을 형성한 후, 액정층에 전압이 걸리지 않도록 한 쌍의 기판에 제공된 양쪽의 전극을 기판 밖에서 단락시킨다. 그리고 나서, 액정층을 자외선으로 120초(노출 에너지: 0.48 J/cm²) 동안 조사한다. 그 후, 액정층에 유효 전압 2.5V(60Hz)의 교류 전압을 인가하고, 동시에 자외선으로 120초(노출 에너지: 0.48J/cm²) 동안 조사한다. 액정층을 자외선으로 2400초(노출 에너지: 9.6J/cm²) 동안 더 조사하여 도 14에 나타낸 액정 표시 소자(200)를 얻는다.

상기 얻어진 액정 표시 소자(200)는 축 대칭으로 배향한 액정 영역(59)을 가지며, 뛰어난 시각 특성을 갖는다.

실시예 2

ITO로 제조된 투명 전극(두께: 약 100nm)을 갖는 유리 기판(두께: 약 1.1mm) 위에, 밀봉 화합물(예컨대, STRUCT BOND XN-21S, MITSUI TOATSU CHEMICALS INC.제조)를 인쇄법으로 패터닝하여 제 1기판(명시하지 않음)을 형성한다. 그리고 나서, 도 3a 및 3b에 명시된 바와 같이, 몰리브덴으로 제조되고 약 200μm×200μm 크기의 개구부(9)를 갖는 블랙매트릭스(3)(두께: 약 300nm)는 ITO(두께: 약 100nm)로 제조된 투명 전극(2)을 갖는 유리 기판(1)(두께: 약 1.1mm) 위에 패터닝된다. 그 결과 얻어진 기판에 네가티브형 포토레지스트(예컨대 OMR83, Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.제조)를 도포한다. 그 결과 얻어진 기판은 소정의 마스크하에서 노출, 현상, 린스 및 소성하여 높이 3μm의 돌기(8) 및 섬 형상 돌기(5)를 형성한다. 본 실시예 2에서, 블랙 매트릭스(3) 및 돌기(8)은 함께 돌기상 구조(4)를 구성한다. 이 돌기상 구조(4)는 돌기상 구조(4)로 둘러싸인 영역(즉, 개구부(9))에 해당하도록 액정 방울이 형성되는 영역을 제어한다. 또한, 화소 영역의 중심부에 형성된 섬 형상 돌기(5)에 해당하는 위치에 축 대칭 배향의 중심축이 용이하게 형성된다.

입경 6.0μm의 플라스틱 비드(예컨대 마이크로펄, Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.)를 상기 얻어진 기판 위에 살포하여 제 2기판(220)을 형성시킨다. 이 제 2기판(220)을 제 1기판에 부착하여 셀을 형성시킨다(제 1기판과 제 2기판(220) 사이의 거리: 6.0㎛).

액정 재료로서, 3.74g의 ZL-4792(Merck Co., Inc.; 0.4중량%의 카이럴제 S-811을 함유함)가 사용될 수 있다. 중합성 수지 재료로서, 0.1g의 R-684(Nippon Kayaku Co., Ltd.제조), 0.1g의 p-페닐스티렌, 및 0.06g의 상기 화학식 (1)로 나타낸 화합물 A의 혼합물이 사용될 수 있다. 광중합 개시제로서, 0.02g의 Irgacure 651(Ciba-Geigy Corporation 제조)이 사용될 수 있다. 상기 액정 재료, 중합성 수지 재료 및 광중합 개시제를 잘 혼합하여 전구체 혼합물을 얻는다. 이 전구체 혼합물의 혼화 온도는 72℃이다.

상기 전구체 혼합물을 셀에 주입하여 액정 셀을 얻는다. 이 액정셀을 먼저 100℃에 가열하여 전구체 혼합물을 균일한 등방상으로 바꾼다. 그리고 나서, 액정 내의 전구체 혼합물에 전압 5V, 주파수 60Hz를 갖는 구형파의 교류 신호 전압을 인가하면서, 온도를 0.3℃/분의 온도 강하 속도로 내려 액정 방울을 분리시키고 분리된 액정 방울을 하나의 액정 방울로 성장시킨다. 이 액정 방울을 화소 영역의 크기로 더욱 성장시킨다.

편광 현미경을 사용하여 투과 모드에서 액정상을 관찰할 때, 도 4에 도시한 바와 같이 화소 영역에서 액정 분자가 축 대칭으로 배향하며, 동시에 대칭축의 위치가 화소 영역의 중심부에 섬 형상 돌기(5)에 해당하는 위치에 고정되어 있는 것이 관찰된다.

다음, 액정 표시 소자(200)는 실시예 1에 기재된 방법에 따라 완성된다. 얻어진 액정 표시 소자(200)는 축 대칭으로 배향된 액정 영역(59)을 가지며, 뛰어난 시각 특성을 갖고 있다.

실시예 3

ITO로 제조된 투명 전극(두께: 약 100nm)을 갖는 유리 기판(두께: 약 1.1mm) 위에, 밀봉 화합물(예컨대, STRUCT BOND XN-21S, MITSUI TOATSU CHEMICALS INC.제조)를 인쇄법으로 패터닝하여 제 1기판(명시하지 않음)을 형성한다. 그리고 나서, 도 5a 및 5b에 명시된 바와 같이, 몰리브덴으로 제조되고 약 200μm×200μm 크기의 개구부(9)를 갖는 블랙매트릭스(3)는 ITO(두께: 약 100nm)로 제조된 투명 전극(2)을 갖는 유리 기판(1)(두께: 약 1.1mm) 위에 패터닝된다. 상기 ITO는 화소 영역의 중심부로부터 포토리토그래피와 에칭에 의해 제거되어 전극이 없는 영역(6)을 형성한다. 그 결과 얻어진 기판에 네가티브형 포토레지스트(예컨대 OMR83, Tokyo Ohka Kogyo Co., Ltd.제조)를 도포한다. 그 결과 얻어진 기판은 광노출, 현상, 린스 및 소성하여 높이 3μm의 돌기(8)를 형성한다. 입경 6.0μm의 플라스틱 비드(예컨대 마이크로펄, Sekisui Fine Chemical Co., Ltd.)를 상기 얻어진 기판 위에 살포하여 제 2기판(230)을 형성시킨다. 이 제 2기판(230)을 제 1기판에 부착하여 셀을 형성시킨다.

도 5b에 나타낸 기판(230)을 갖는 액정셀에 전압을 인가하였을 때의 전계 분포 및 액정층 내의 액정 분자의 배향 상태는 각각 도 11와 12에 도식적으로 나타냈다. 도 11에 도시한 바와 같이, 상기 전력선(13)은 전극이 없는 영역(6)을 통과하는 선에 대하여 축 대칭적으로 경사져 있으며, 기판(1)에 대하여는 실질적으로 정상이다. 그 결과, 도 12에 도시한 바와 같이 액정 분자(14)는 전극이 없는 영역(6)을 통과하는 선에 대하여 축 대칭적으로 경사져 있으며, 기판(1)에 대하여는 실질적으로 정상이다.

편광 현미경을 사용하여 투과 모드에서 액정상을 관찰할 때, 도 6에 도시한 바와 같이 화소 영역에서 액정 분자가 축 대칭으로 배향하며, 동시에 대칭축의 위치가 화소 영역의 중심부에 형성된 전극이 없는 영역(6)에 해당하는 영역에 고정되어 있는 것이 관찰된다.

본 발명에 있어서, 액정 분자 또는 액정 분자를 함유하는 혼합물이 축 대칭으로 배향된 본 액정 표시 소자의 제조 방법은 거의 모든 화소(즉, 액정 영역)에서 안정한 축 대칭 배향을 형성할 수 있다. 이로써 뛰어난 화질의 액정 표시 소자를 높은 수율로 제조할 수 있다. 본 발명에 따른 제조 방법은 바람직하게는 넓은 시각 특성을 갖는 액정 표시 소자의 제조에 사용된다.

다양한 기타 변형은 본 발명의 범위 및 정신을 벗어남이 없이 당업자에 의해 용이하게 변형될 수 있다. 따라서, 본 명세서에 첨부된 청구 범위는 기재된 내용에 한정되지 않으며, 청구항은 넓게 해석된다.

Claims

한 쌍의 기판과, 상기 한 쌍의 기판 사이에 존재하는 액정층을 갖고, 상기 액정층은 고분자 영역 및 실질적으로 상기 고분자 영역에 의해 둘러싸인 액정 영역을 포함하며, 상기 액정 영역 내의 액정 분자가 축 대칭으로 배향되는 액정 표시 소자의 제조 방법에 있어서,

상기 한 쌍의 기판 사이에 액정 재료 및 중합성 재료를 함유하는 전구체 혼합물을 주입하는 단계;

상기 전구체 혼합물을 이 전구체 혼합물의 혼화 온도 이상의 제 1온도로 가열하는 단계;

상기 전구체 혼합물을 상기 제 1온도로부터 상기 혼화 온도 미만의 제 2온도로 냉각시키는 단계;

상기 중합성 재료를 중합시킴으로써 액정 영역을 실질적으로 둘러싸는 고분자 영역을 형성하는 단계; 및

적어도 상기 전구체 혼합물이 상기 혼화 온도로부터 상기 제 2온도로 냉각되는 동안, 상기 전구체 혼합물에 소정의 외부 전계를 연속적으로 인가하여 전구체 혼합물로부터 상 분리된 액정 방울 내의 액정 분자에 틸트각을 제공하는 단계를 포함하는 액정 표시 소자의 제조 방법
제 1항에 있어서, 상기 한 쌍의 기판은 대향하는 표면에 전극을 포함하고, 또 상기 전극 사이에 전압을 인가함으로써 외부 전계가 전구체 혼합물에 인가되는 액정 표시 소자의 제조 방법.
제 1항에 있어서, 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 하나가 액정층에 대향하는 표면에 복수의 화소 영역을 둘러싸는 돌기상 구조를 포함하며, 또 상기 냉각 단계에서 상기 전구체 혼합물로부터 상 분리된 액정 방울이 상기 돌기상 구조에 의해 둘러싸인 복수의 화소 영역 각각에 응집되도록 하는 단계를 추가로 포함하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
제 3항에 있어서, 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 하나가 액정층에 대향하는 표면에 복수의 화소 영역 각각의 중앙부에 섬 형상 돌기를 추가로 포함하며, 또 상기 냉각 단계에서 상기 섬 형상 돌기에 해당하는 위치에 전구체 혼합물로부터 상 분리된 액정 방울의 축 대칭 배향의 중심축을 형성시키는 단계를 추가로 포함하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
제 4항에 있어서, 상기 섬 형상 돌기의 면적이 화소 영역을 포함하여 2% 내지 50%인 액정 표시 소자의 제조 방법.
제 3항에 있어서, 상기 한 쌍의 기판이 액정층에 전압을 인가하기 위한 전극을 포함하며, 상기 한 쌍의 기판 중 적어도 하나는 액정층에 대향하는 표면에 상기 복수의 화소 영역 각각의 중앙부에 전극이 없는 영역을 포함하고, 또 상기 냉각 단계에서 전극이 없는 영역에 해당하는 위치에 상기 전구체 혼합물로부터 상 분리된 액정 방울의 축 대칭 배향의 중심축을 형성시키는 단계를 추가로 포함하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
제 6항에 있어서, 상기 전극이 없는 영역의 면적이 화소 영역을 포함하여 2% 내지 50%인 액정 표시 소자의 제조 방법.
제 1항에 있어서, 상기 전구체 혼합물이 상기 냉각 단계에서 5℃/분 이하의 온도 강하 속도로 냉각되는 액정 표시 소자의 제조 방법.
제 1항에 있어서, 상기 전구체 혼합물에 인가된 외부 전계가 전압 1V이상, 주파수 1Hz 이상의 교류 전압인 액정 표시 소자의 제조 방법.