KR20000006273A - 액정장치및그구동방법 - Google Patents

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Abstract

액정 장치를 구성하는 적어도 한 쌍의 기판이 호메오트로픽(homeotropic) 배향막 영역 및 균일(homogeneous) 배향막 영역을 포함하는 구성 배향막과 함께 제공되어, 균일 배향막 영역에 접속된 액정은 하이브리드 또는 호메오트로픽 배향 상태에서 액정 영역에 의해 둘러싸이고, 연속적으로 벤드 배향 상태로 변환가능한 전계가 없는 트위스트 배향 상태하에서 안정적으로 유지된다. 따라서, 감소된 벤딩 전압 및 벤드 배향을 유지하기 위한 전압을 갖는 벤드 배향을 사용함으로써, 디스플레이 가능한 액정 장치를 제공하는 것이 가능하다.

Description

액정 장치 및 그 구동 방법{LIQUID CRYSTAL DEVICE AND DRIVING METHOD THEREFOR}
본 발명은 개인용 컴퓨터 등의 디스플레이로 사용되는 액정 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
최근에 액정 장치가 빈번히 사용되어 왔으며, 이들 대부분은 서로 90도 다른러빙 방향을 가진 배향막을 구비한 한 쌍의 기판 및 이 기판들 사이에 배치된 네마틱 액정을 포함하는 액정 셀을 사용한 TN(twisted nematic)-모드 액정 장치이다. 또한, 동일한 러빙 방향을 가진 배향막을 구비한 한 쌍의 기판 사이에 네마틱 액정이 스플레이 배향 상태로 배치되어 있는 액정 장치가 공지되어 있다. 또한, 향상된 응답 속도를 제공하기 위하여 스플레이 배향 배치된 전술한 액정에 전압을 인가하여 벤드 배향으로 재배향한 셀 유형(π-셀)이 1983년에 피. 제이. 보스 등에 의해 발표되었다. 또한, 향상된 시야각 특성을 제공하기 위하여 벤드 배향 셀에 위상 보상을 결합한 시스템(OCB 셀)이 1992년에 우찌다 등에 의해 발표되었다.
이러한 벤드 배향형 네마틱 액정 장치에서는 액정에 향상된 고속 응답을 제공하기 위하여 백-플로우 현상을 억제하여야 하지만, 상업화에 있어서는 몇 가지 문제점이 있다.
이러한 문제 중 하나는 스플레이 배향을 벤드 배향으로 변환하기 위해서는 전계 처리가 필요하다는 것이다. 스플레이-벤드 배향 변환은 연속적이 아니며, 두개의 배향 상태 사이에 디스클리네이션 라인이 존재하여, 뉴클리에이션 및 그 성장을 포함하는 공정이 필요하다. 이러한 공정에서, 모든 영역에서 뉴클리에이션을 발생시키기는 어려우며, 뉴클리에이션 임계치의 제어가 어려워, 전계 처리를 위해서는 고전압 인가가 요구된다. 또한, 뉴클리에이션에 의해 형성된 벤드 배향 영역의 성장 속도가 더 높은 전압의 인가에서 더 크며, 저전압에서는 수초 내지 수분의 시간이 요구된다. 또 하나의 문제는 실제의 매트릭스 구조의 셀에서 벤드 영역은 화소 전극들 사이에서 쉽게 성장하지 않는다는 것이다. 박막 트랜지스터(TFT)를이용한 액티브 매트릭스형 셀에서의 전압 인가 방식에 관한 여러 연구가 진행되어 왔다(예컨대, IBM, IDW 1996, p. 133, "Initialization of Optically Compensated Bend-mode LCDs", 및 일본 특허원 9-185032). 또 다른 문제는 벤딩 전압이 제거되는 경우 벤드 배향이 스플레이 배향으로 복원되며, 따라서 재사용시에는 새로운 벤딩 처리가 필요하다는 점이다.
전술한 문제점을 고려한 본 발명의 목적은 (1) 스플레이 배향을 벤드 배향으로 변환하기 위한 전계 처리 및 (2) 사용전의 재-벤딩 처리가 향상된, 벤드 배향을 이용한 액정 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 더 낮은 재-벤딩 전압, 및 벤드 배향 상태를 유지하기 위한 더 낮은 유지 전압을 요구하는 액정 장치를 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 그러한 액정 장치의 구동 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명에 따르면, 각기 전극과 배향막을 구비한 한 쌍의 기판, 및 상기 기판들 사이에 배치된 네마틱 액정층을 포함하며, 적어도 하나의 배향막은 접촉한 액정 분자의 장축을 80-90도의 각도로 배향시킬 수 있는 호메오트로픽 배향막 영역, 및 접촉한 액정을 벤딩 전압의 인가시 벤드 배향으로 변환될 수 있는 배향 상태로 배치할 수 있는 또 하나의 배향막 영역을 포함하는 액정 장치가 제공된다.
본 발명은 또한 액정의 트위스트 배향 상태와 벤드 배향 상태간의 전환을 통해 트위스트 배향 상태와 벤드 배향 상태간의 광학 특성의 차이에 기초하여 디스플레이를 실행하는 액정 장치의 구동 방법을 제공한다.
본 발명의 상기 및 다른 목적들, 특성 및 장점들은 첨부된 도면을 참조하여 아래에 설명된 본 발명의 바람직한 실시예들을 고려할 때 더욱 명백해질 것이다.
도 1aa, 1ab, 1ba, 1bb 및 1bc는 2개의 하이브리드 배향 상태 사이 및 스플레이 배향과 2개의 트위스트 배향 사이의 배향 변화를 설명하기 위한 개략 단면도.
도 2는 전압 인가시 형성되는 벤드 배향을 설명하기 위한 개략 단면도.
도 3은 경계 영역을 통한 스플레이 배향 영역과 하이브리드 B 배향 영역간의 연속 방향자 변화를 나타내는 도면.
도 4는 경계 영역을 통한 스플레이 배향 영역과 하이브리드 A 배향 영역간의 불연속 방향자 변화를 나타내는 도면.
도 5는 경계 영역을 통한 트위스트 배향 영역과 하이브리드 B 배향 영역간의 불연속 방향자 변화를 나타내는 도면.
도 6은 경계 영역을 통한 트위스트 배향 영역과 하이브리드 A 배향 영역간의 연속 방향자 변화를 나타내는 도면.
도 7은 경계 영역을 통한 트위스트 배향 영역과 벤드 배향 영역간의 연속 방향자 변화를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명에 따른 액정 장치에서 배향 영역의 일례를 나타내는 평면도.
도 9aa∼도 9ac은 종래의 장치에서 한 화소에서의 배향 변화를 나타내는 도면이고, 도 9ba∼도 9bd는 본 발명에 따른 장치에서 한 화소에서의 배향 변화를 나타내는 도면.
도 10 및 도 11은 각각 본 발명의 액정 장치의 일 실시예의 한 화소의 개략 단면도.
도 12는 본 발명에 따른 액정 장치 및 주변 구동 회로를 포함하는 디스플레이 패널의 개략 평면도.
도 13a는 본 발명에 따른 액정 장치 및 광학 부재의 적층도이고, 도 13b는 상기 장치의 러빙 방향과 편광 축 사이의 관계를 나타내는 도면.
도 14a∼도 14d는 본 발명에 사용되는 복합 배향막을 기판 상에 형성하기 위한 공정을 나타내는 개략 단면도.
도 15a-15d는 본 발명에 사용되는 다른 복합 배향막을 기판 상에 형성하기 위한 다른 공정을 나타내는 개략 단면도.
도 16은 본 발명에 따른 액정 장치를 구동하기 위한 일련의 구동 전압 파형을 나타내는 파형도.
도 17 및 18은 각각 본 발명에 따른 액정 장치에서 하이브리드 또는 호메오트로픽 배향 영역의 일례를 나타내는 평면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 액정 장치
20 : 기판
21 : 게이트 전극
22 : 게이트 절연막
23 : 반도체층
24 : 오옴 콘택층
26 : 드레인 전극
27 : 절연층
28 : 소오스 전극
29 : 보유 캐패시터 전극
31 : 균일 배향막
32 : 카운터 기판
33 : 공통 전극
34 : 절연층
35a : 호메오트로픽 배향막 영역
35b : 균일 배향막 영역
37 : TFT
서로 평행한 방향으로 균일 배향 처리된 표면을 가진 한 쌍의 기판, 및 기판들 사이에 처리 표면과 접촉 배치된 액정층을 포함하는 액정 장치에 있어서, 액정은 처리 표면의 프리틸트 각이 5∼10도의 범위에 있는 경우에 액정 주입후의 초기 배향 상태로서 스플레이 배향을 가진다. 그러나, 이러한 배향 상태에 있는 Np형 네마틱 액정층, 즉 양의 자발 극성을 가진 네마틱 액정층이 전압을 공급받으면, 적어도 두께 방향의 중간 영역에 있는 액정 분자는 벤드 또는 호메오트로픽 배향 상태를 갖도록 전계 방향으로 다시 배향된다. 전계가 제거되는 경우, 액정은 최초의 스플레이 배향이 아니라 액정 분자의 장축이 180도 트위스트된 트위스트 배향 상태로 다시 배향된다. 이러한 배향 상태는 높은 왜곡 에너지를 가지며, 불안정하여 보통의 경우, 즉 주변 영역이 하이브리드 배향 상태에 있는 경우를 제외하고는 스플레이 배향 상태로 복귀한다. 그러나, 연구에 따르면, 180도 트위스트 배향 상태는 주변 영역이 하이브리드 배향 또는 호메오트로픽 배향 상태에 있는 경우에 주변 영역의 영향으로 인해 안정화될 수 있는 것이 발견되었다.
스플레이 배향 상태는 벤드 배향 상태로 연속하여 변환될 수 없기 때문에, 상기 배향 상태를 가진 영역들 사이에는 디스클리네이션 라인이 존재하게 된다. 또한, 한 쌍의 기판이 서로 평행하고 동일한 방향으로 러빙 처리를 받은 경우, 스플레이 배향은 전압이 인가되지 않은 상태에서 안정적이며, 벤드 또는 트위스트 배향은 전압이 인가된 상태에서 안정적이 된다.
도 7에 도시된 바와 같이, 트위스트 배향 상태는 벤드 배향 상태로 연속 변환될 수 있기 때문에, 2개의 배향 상태 사이에 디스클리네이션 라인의 형성을 제거할 수 있다. 따라서, 트위스트 배향 상태에서 벤드 배향 상태로의 변환은 뉴클리에이션 및 벤드 도메인의 성장을 포함하는 공정을 필요로 하지 않는다.
이것은 벤드 배향을 이용한 액정 장치의 상업화에 커다란 이점을 제공한다. 특히, 트위스트 배향이 전계 없이 안정화될 수 있는 경우, 사용전에 매번 벤딩 처리를 할 필요가 없게 된다.
일반적으로, 셀 두께에 상당하는 적당한 양의 키랄 도펀트를 액정에 포함시킴으로써 전계 없이 트위스트 배향을 안정화할 수 있다. 그러나, 본 발명자는 자발 트위스트 구조를 가진 액정 재료를 사용하여 전술한 π-셀 또는 OCB 모드(광학 보상 벤드 모드)의 액정 장치를 구동할 때, (1) 소정 전압의 인가에 의해 벤드 배향 상태로 변환된 후에 약간의 트위스트 성분이 남고, OCB 모드에서 위상 보상이 불완전하여 불량한 콘트라스트 및 시야각 특성을 나타냈으며, (2) 소정 전압의 인가에 의한 벤드 배향 상태들간의 전환을 수반하는 광학 응답이 관측될 때, 약간의 응답 바운딩 또는 오버슈팅이 특히 저전압측으로의 전환시에 관측되었으며, 따라서 키랄 도펀트를 추가한 경우보다 크게 낮은 응답 속도를 보였다는 문제를 발견하였다.
따라서, 전술한 바와 같이, 전계 없는 상태에서 키랄 없는 액정의 트위스트배향을 안정화하기 위하여, 본 발명자는 액정 장치에 서로 다르게 배향 처리된 2개의 영역을 제공하는 방법과, 다른 영역 내의 액정층의 배향 상태를 제어하는 방법에 대해 조사했다.
구체적으로, 실험 결과, 트위스트 배향 영역에 인접한 적어도 하나의 기판 상에 호메오트로픽 배향막 영역을 배치함으로써 전계 없이 한 영역의 액정의 트위스트 배향을 안정화할 수 있다는 것을 발견하였다. 서로 평행한 배향을 가진 한 쌍의 기판 상의 균일 배향막 영역들 사이에 액정의 트위스트 배향 영역(즉, 액정이 벤딩 전압의 인가에 의해 벤드 배향으로 변환된 영역)이 형성될 수 있다. 호메오트로픽 배향 영역은 한 쌍의 기판이 모두 호메오트로픽 배향막 영역을 가진 호메오트로픽 배향 영역, 또는 하나의 기판은 호메오트로픽 배향막을 갖고 다른 기판은 균일한 배향막 영역을 가진 하이브리드 배향 영역으로서 형성될 수 있다. 이제, 인접한 호메오트로픽 배향 영역(하이브리드 배향 영역을 포함한다는 의미에서)에 의해 트위스트 배향을 안정화시키는 기능이 실험 결과에 기초하여 설명된다.
도 8에 도시된 바와 같이, 화소에 대응하는 균일 배향 영역(3) 및 영역(3)을 둘러싸는 하이브리드 배향 영역(4)을 포함하는 액정 장치를 준비하였다. 하이브리드 배향 영역(4)은 또한 전압 인가용 전극을 구비하고 있다. 장치의 배향을 조사할 때, 각각의 배향 영역에서 여러 개의 특징적인 배향 상태가 관측되었는데, 기판에 평행한 화살표로 디스플레이된 방향으로 일부가 러빙 처리된 기판들(1a, 1b) 사이에 배치된 방향자(2)를 가진 액정 분자를 포함하는 셀 영역의 개략 단면도인 도 1aa 내지 1bc를 참조하여 설명한다.
먼저, 하이브리드 배향 영역을 설명한다. 하이브리드 배향 영역에서 액정 분자들은 러빙 방향(배향 처리)을 포함하는 기판에 수직한 평면에만 존재하며, 따라서 러빙 축과 일치하는 편광축을 가진 편광기를 크로스 니콜 편광기를 통해 관측할 때 하나의 소광 위치를 제공한다. 이 상태에서, 기판에 수직한 방향으로 기판에 전계가 인가될 때(전계 처리), 디스클리네이션을 통해 배향 변환이 발생한다. 전계가 다시 제거되는 경우, 전계 처리 전과 다른 배향 구조가 관측된다. 또한, 이러한 배향 구조는 러빙 축과 일치하는 편광축을 포함하는 크로스 니콜 편광기를 통해 관측할 때 하나의 소광 위치를 제공한다. 이제, 전계 처리 전의 배향 상태는 하이브리드 B 배향이라 하고, 전계 처리 후의 배향 상태는 하이브리드 A 배향이라 한다. 양 배향 상태는 크로스 니콜 편광기의 한 편광축에서 하나의 소광 위치를 제공하며, 하이브리드 A 배향은 실험적으로 더 작은 지연값을 나타내며, 따라서 하이브리드 B 및 하이브리드 A 배향은 도 1aa 및 1ab에 도시된 각각의 배향 구조에 기인할 수 있다.
한편, 균일 배향 영역의 액정은 전계 처리(벤딩 처리)시까지 도 1ba에 도시된 스플레이 배향을 가진다. 전계 처리의 결과, 액정은 도 2에 도시된 바와 같이 벤드 배향으로 한번 변환되며, 전계 제거시에 도 1bb에 도시된 바와 같이 우회전 트위스트 배향(R) 또는 도 1bc에 도시된 바와 같이 좌회전 트위스트 배향(L)으로 변환된다. 트위스트 배향은 러빙 축과 평행하지 않은 방향자 성분을 남기며, 따라서 소광 위치를 제공하지 않게 되어 스플레이 배향과 쉽게 구별될 수 있다. 트위스트 배향은 전계 없이도 유지된다는 것이 확인되었다. 또한, 트위스트 배향은 1-2 볼트 정도의 전압 인가시에 도 2에 도시된 바와 같이 연속적으로 유연하게 벤드 배향으로 변환될 수 있다. 따라서, 이것은 디스플레이를 위해 벤드 배향을 이용하는 π-셀 또는 OCV 모든 셀에 매우 유용하다.
전술한 바와 같이, 액정 장치에 2개의 상이한 배향 처리 영역을 제공함으로써 전계 처리에 의해 상이한 배향 구조를 제공할 수 있다. 구체적으로, 스플레이-하이브리드 B 배향 조합이 전계 처리 전에 안정적으로 형성되며, 트위스트-하이브리드 A 배향 조합이 전계 처리 후에 안정화된다. 트위스트 배향은 좌회전 트위스트 배향과 우회전 트위스트 배향을 포함할 수 있으나, 전계 처리 후에 이들은 많은 경우 어느 한 상태로 균일화된다.
전계 처리 전후에 각각의 배향 상태를 안정화하기 위한 메카니즘이 이제 도 3 내지 도 7을 참조하여 설명된다.
각 배향 상태의 안정화에 관한 중요한 요소는 상이한 두 배향 상태 사이의 경계 영역에 디스클리네이션이 존재하는지의 여부이다. 상이한 두 배향 상태 영역이 연속적으로 연결되어 있는 경우, 그 경계 영역에는 상대적으로 낮은 탄성 에너지가 유지된다. 반면에, 두 배향 상태가 그 경계 영역에서의 연속적인 변화에 의해 연결될 수 없는 경우, 불연속적으로 디스클리네이션이 발생하여 국부적으로 매우 큰 탄성 왜곡 에너지가 발생한다.
예컨대, 도 3 및 도 4는 기판에 수직한 평면을 따라 각각 취해진 단면도로서, 액정 방향자 배열을 설명하기 위한 러빙 방향이 나타나 있다. 스플레이 배향 및 하이브리드 B 배향은 도 3에 도시된 바와 같이 그 경계 영역에서의 연속적인 방향자 변화를 통해 서로 연결될 수 있는 반면, 스플레이 배향 및 하이브리드 A 배향은 경계 영역에서의 연속적인 변화에도 도 4에 흑점으로 디스플레이된 디스클리네이션(불연속)의 존재로 인해 연결될 수 없다. 도 4에 도시된 디스클리네이션은 "Physics of Liquid Crystals"(S. Chandrasekkar, p. 145, published from Yoshioka Shoten K.K.의 일본어판)에 설명된 "트위스트 디스클리네이션"의 일종이다. 디스클리네이션을 사이에 두도록 서로 반대로 배치된 2개의 방향자는 서로 90도의 각도로 편향되어, 방향자들은 디스클리네이션 주위를 한번 회전하는 동안 180도 회전한다. 마찬가지로, 도 5 및 6에 도시된 바와 같이, 하이브리드 B 배향과 스플레이 배향 사이에는 디스클리네이션이 반도시 존재하지만, 트위스트 배향과 하이브리드 A 배향은 서로 연속적으로 연결된다.
전술한 바와 같이, 경계 영역에서의 탄성 왜곡 에너지는 디스클리네이션이 없는 경우보다 있는 경우가 더 크다. 반면에, 도 1aa 내지 1bc의 도시로부터 알 수 있듯이, 배향 영역에서의 탄성 왜곡 에너지는 하이브리드 B 배향보다 더 작은 방향자 회전각을 가진 하이브리드 A 배향에서 더 작으며, 거의 180도의 방향자 회전각을 가진 트위스트 배향에서 보다 거의 0도의 방향자 회전각을 가진 스플레이 배향에서 더 작다. 본질적으로 높은 에너지 상태인 하이브리드 B 배향 또는 트위스트 배향이 전계 없이 안정적으로 존재할 수 있는 이유는 디스클리네이션을 포함하는 배향 상태 조합에서 국부적으로 큰 에너지가 존재하여 전체 시스템에 높은 에너지를 제공하기 때문이다. 결과적으로, 전계 처리전 전계 없는 상태에서의 스플레이 배향과 하이브리드 B 배향의 조합, 및 두 배향 상태 사이의 연속 변화 또는전이가 각각 가능한 트위스트 배향과 하이브리드 A 배향의 조합이 매우 안정된 상태 조합이 된다.
전계 처리후 트위스트 배향은 하이브리드 배향 영역이 완전 호메오트로픽 배향 영역으로 대체되는 경우에도 유지된다는 것이 확인되었다. 이것은 아마도 호메오트로픽 배향과 트위스트 배향 사이의 경계 영역에 연속성이 유지되기 때문일 것이다.
전술한 실험 결과 및 분석에 기초하여, 본 발명에 따른 액정 장치에서는 적어도 하나의 기판이 호메오트로픽 배향막 영역을 구비하여, 호메오트로픽 배향막 영역에 인접한 영역의 액정의 배향 상태를 제어한다.
단독적으로 고려될 때 고에너지 상태에 있는 영역의 배향 상태는 2개의 영역 배향 상태의 적당한 조합을 형성하도록 적당한 인접 영역을 배치함으로써 안정화될 수 있다. 이러한 기술을 이용하여, 전계 처리에 따른 변환에 의해 원하는 배향 상태를 형성하고 전압 인가 없이 원하는 배향 상태를 유지하여 쌍안정성의 액정 장치를 제공할 수 있다.
쌍안정 액정 장치의 일례로서, 쌍안정 트위스트 네마틱(BTN) 액정 장치가 Tanaka 등에 의해 ASIA DISPLAY(1995), p. 259에 제안되었다. 이 장치는 디스플레이를 위한 2개의 반안정 상태로서 균일 상태 및 2π 트위스트 상태를 이용한다. 상이한 배향 처리의 두 영역을 형성하기 위해 상기 형태의 장치에 상기 기술을 이용함으로써 예컨대 하이브리드 배향의 인접 영역을 형성하여 전계 없이도 디스플레이이 영역에 균일 상태 및 2π 트위스트 상태를 안정적으로 유지할 수 있게 된다. BTN 장치에서, 2개의 안정 상태는 전압의 인가 없이 수분 내지 수십분 내에 디스플레이를 위해 사용되지 않는 안정된 π 트위스트 상태로 변환되며, 따라서 전기 신호의 인가 없이 디스플레이할 수 있는 메모리 디스플레이 장치를 구성할 수 없게 된다. 그러나, 이러한 장치를 메모리 디스플레이 장치로 개발하는 것은 상이한 배향 상태 영역의 조합에 기초한 상기 안정화 기술을 사용하여 가능하게 된다.
본 발명의 액정 장치에서의 배향 상태 변화가 도 9aa 내지 도 9ac에 도시된 하이브리드 배향 영역이 없는 종래 장치와 비교하여 도 9ba 내지 9bd를 참조하여 설명된다. 이 도면들에서, 도면 부호 11은 스플레이 배향 영역을, 12는 하이브리드 배향 영역을, 13은 벤드 배향 영역을, 14는 트위스트 배향 영역을 나타낸다. 도 9ba 내지 9bd는 소정 디스플레이 영역을 둘러싼 하이브리드 배향 영역(12)을 포함하는 액정 장치의 일 실시예에서의 배향 상태를 나타낸다.
액정 장치에서 액정 주입 직후에 벤딩 전압의 인가에 의해 벤드 배향으로 변환되는 액정 영역은 모두 도 9aa 및 9ba에 도시된 바와 같이 스플레이 배향 영역으로 형성된다. 이때, 하이브리드 액정 영역(12)의 액정은 하이브리드 B 배향(도 9ba) 상태에 있다. 그 다음, 장치가 뉴클리에이션 전압을 공급받을 때, 도 9ab 및 9bb에 도시된 바와 같이 스플레이 배향 영역(11)에 벤드 배향 영역(13)의 핵들이 발생하며, 벤딩 전압까지 전압이 상승할 때 스플레이 배향 영역(11)은 도 9ac 및 9bc에 도시된 바와 같이 벤드 배향 영역(13)으로 완전히 변환된다. 벤드 배향을 유지하기 위해서는 유지 전압의 인가가 필요하다. 이때, 하이브리드 배향 영역(12)의 액정은 트위스트 연속적으로 배향(도 9bc)으로 변하거나 이와 연결될수 있는 하이브리드 A 배향 상태에 있다.
이제, 도 9ac에 도시된 장치의 영역(13)의 벤드 배향의 액정에 대한 전압 공급이 종료되는 경우, 액정은 도 9aa에 도시된 바와 같이 스플레이 배향(11)으로 복귀한다. 반면에, 본 발명에 따른 액정 장치의 경우에는 도 9bc에 도시된 영역(13)의 벤드 배향의 액정은 유지 전압이 제거될 때 하이브리드 영역(12)의 하이브리드 A 배향의 액정에 의해 둘러싸이기 때문에 도 9bd에 도시된 바와 같이 트위스트 배향 상태(14)(스플레이 배향으로 복귀하기 전)로 안정된다. 벤드 배향 및 트위스트 배향은 전술한 바와 같이 배향 구조에서 연속적이기 때문에, 트위스트 배향의 벤드 배향으로의 변환은 단지 스플레이 배향을 벤드 배향으로 변환하기 위한 벤딩 전압보다 훨씬 낮은 저전압을 필요로 한다. 결과적으로, 벤딩 전압의 인가 없이 트위스트 배향 상태와 실질적인 호메오트로픽 배향 상태(즉, 벤드 배향 상태의 액정 분자가 전압 인가시 기판과의 경계 영역을 제외한 기판에 실질적으로 수직하게 다시 배향된 상태) 사이의 전환에 의해 발생하는 상태 변화를 이용함으로써 디스플레이를 실행할 수 있게 된다. 그러나, 이러한 전환의 응답 속도는 벤드 배향 상태와 실질적인 호메오트로픽 배향 상태간의 전환에서보다 다소 느리다. 응답성은 키랄성이 없는 액정을 사용함으로써 개선될 수 있다. 이것은 키랄 성분을 가진 액정의 경우 한번 형성된 트위스트 배향이 벤드 배향으로 다시 배향될 때 구동 전압의 저전압측에서 벤드 배향보다 트위스트 배향이 우세하기 때문이다.
또한, 전술한 장치에서는 안정된 트위스트 배향 상태를 이용하면서 트위스트 배향 상태와 벤드 배향 상태간의 상태 변화를 이용함으로써 디스플레이를 행할 수있다. 이 경우, 트위스트 배향은 저전압에서 형성되며, 벤드 배향은 고전압에서 형성된다. 또한, 이러한 상태가 하나에서 다른 하나로 연속적으로 변함에 따라 중간 전압에서 안정적인 중간 상태가 형성될 수 있다. 이러한 상태는 디스플레이 장치를 제공하기 위하여 크로스 니콜 편광기를 사용하여 광학 변화로서 검출될 수 있다.
도 9ba∼도 9bd는 소정 영역이 하이브리드 배향 영역에 의해 둘러싸인 장치를 나타낸다. 이 경우, 하이브리드 배향 영역으로부터 멀리 떨어진 부분에 있는 벤드 배향의 액정은 전압 공급이 제거된 때 트위스트 배향으로 유지되지 않고 스플레이 배향으로 복귀할 수 있다. 결과적으로, 스플레이 배향으로 복귀한 액정 분자의 기능으로 인하여 트위스트 배향 영역(13)의 대부분이 소정의 경우 스플레이 배향으로 복귀할 수 있게 된다. ★그러나, 하이브리드 배향 영역이 연속해서 트위스트 배향으로 변환가능한 하이브리드 A 배향을 보유하기 때문에, 스플레이 배향은 하이브리드 A 배향의 존재로 인하여 초기에 필요한 밴딩 전압보다 실질적으로 낮은 전압에서 트위스트 배향으로 다시 변환될 수 있다. 또한, 하이브리드 배향 영역(12)에 인접한 영역의 액정 분자는 국부적으로 트위스트 배향 상태로 남게 되고, 이러한 주 영역에서의 스플레이 배향의 액정 분자의 재-밴딩시 벤드 배향을 위한 기점을 제공한다. 이는 재-밴딩 전압을 낮추기 위한 다른 인자인 것으로 간주된다.
스플레이 배향으로 복원된 액정 분자의 재-밴딩을 위한 재-밴딩 전압을 낮추는 효과는 또한 하이브리드 배향 영역 대신에 호메오트로픽 배향 영역을 사용하는경우에 달성될 수 있다. 또한, 이 경우에, 호메오트로픽 배향 영역에 인접한 영역의 액정 분자는 국부적으로 트위스트 배향으로 남게 되고 재-밴딩 전압을 낮추기 위해 벤드 배향을 위한 기점을 제공한다.
본 발명에서, 특히 전계 처리 후에 전계가 없는 상황하에서 트위스트 배향 상태를 보유하기 위해, 벤드 배향이 수립될 영역을 둘러싸도록 하이브리드 배향 영역 또는 호메오트로픽 배향 영역을 형성하는 것이 바람직하다. 그러나, 이 배향은 필수적인 것은 아니지만, 이러한 영역은, 소정의 효과가 달성될 수 있는 한 도트 또는 줄무늬 형태로 배열될 수 있다. 예를 들면, 각각의 화소를 밴딩 배향을 위한 영역으로서 형성하고 화소들 사이 또는 외부의 각 영역을 하이브리드 또는 호메오트로픽 배향 영역으로서 형성할 수 있다. 대체적으로, 또한 복수의 화소를 포함하는 벤드 배향을 위한 연속적인 영역을 형성할 수 있다. 또한, 하이브리드 배향 영역 및 호메오트로픽 배향 영역은 공통으로 존재할 수 있다.
본 발명의 액정 장치에서, 적어도 하나의 기판에는 80-90。의 각도로 접촉하여, 즉 그 위에 배향막을 갖는 연관된 기판에 대해 액정 분자를 배향할 수 있는 호메오트로픽 배향막 영역을 국부적으로 갖는 배향막이 제공된다. 호메오트로픽 배향막 영역을 국부적으로 갖는 이러한 배향막은, 바람직하게 (1) 러빙에 의해 균일 배향 특성이 나타나게 되지만, 그 유사-형태 또는 비처리된 상태에서 호메오트로픽 배향 특성을 나타내는 배향막을 국부적으로 러빙함으로써 형성되는 배향막, 또는 (2) 포토레지스트를 사용함으로써 호메오트로픽 배향막을 균일 배향막상에 국부적으로 형성하여 적층 배향막으로서 제공될 수 있다. 이러한 배향막은 모두 개략적인 단면도인 도 14a 내지 도 14d(상기 유형 (1)의 생성인 경우) 및 도 15a 내지 도 15d(상기 유형 (2)의 생성인 경우)에 도시된 공정을 통해 생성될 수 있으며, 여기서, 참조 번호(32)는 기판, 참조 번호(33)는 공통 전극, 참조 번호(34)는 절연층, 참조 번호(35a)는 호메오트로픽 배향막 영역, 참조 번호(35b)는 균일 배향막 영역, 참조 번호(35)는 (복합) 배향막, 참조 번호(41)는 균일 배향막, 참조 번호(42)는 호메오트로픽 배향막, 참조 번호(71)는 레지스트, 참조 번호(72)는 러빙 로울러를 나타낸다. 공정들은 각각 이하에 설명된다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 기판(32)에는 공통 전극(33), 절연층(34) 및 다른 필요한 부재가 제공되고, 만약 있다면, 러빙 후에 균일 배향 특성을 나타내지만, 러빙 전에는 호메오트로픽 배향 특성을 나타내는 배향막(35a)이 코팅된다(도 14a).
레지스트(71)는 호메오트로픽 배향 특성이 보유되는 배향막(35a)의 영역에 형성된다(도 14b). 그 다음, 전체 영역은 러빙 로울러(72)로 러빙된다(도 14c). 그 다음, 레지스트(71)는, 예를 들면 필링(peeling)에 의해 제거되어 러빙 동안에 레지스트(71)로 보호된 호메오트로픽 배향막 영역(35a) 및 러빙을 통해 형성된 균일 배향막 영역(35)을 갖는 복합 배향막을 남긴다.
지금부터, 유형 (2) 복합 배향막을 생성하는 공정이 도 15a 내지 도 15d를 참조하여 설명된다. 먼저, 기판(32)에는 공통 전극(33), 절연층(34) 및 다른 필요한 부재가 제공되며, 만약 있다면, 균일 배향막(41)으로 코팅된다(도 15a).
그 다음, 레지스트(71)는 균일 배향 특성이 보유될 균일 배향막(41)의 영역에 형성된 다음, 전체면은 호메오트로픽 배향막(42)으로 코팅된다(도 15b). 그다음, 레지스트(71)는 호메오트로픽 배향막(42)의 일부와 함께 필링에 의해 제거되어, 그곳의 균일 배향막(41)을 노출시킨다(도 15c). 그 다음, 최종 적층막은 바라는대로 러빙되어(도 15d), 균일 배향막(41)의 노출된 영역의 균일 배향 특성을 강화시켜 복합 배향막을 제공한다.
국부적인 호메오트로픽 배향 특성을 보유하는 복합 배향막이 도 14a 내지 도 14d의 공정을 통해 생성되는 막(35a)을 구성하는 재료로서, 불소-함유 원자군을 갖는 폴리이미드를 사용할 수 있다.
복합 배향막을 생성하는 도 15a 내지 도 15d의 공정에 사용될 균일 배향막(41)을 구성하는 재료예는 폴리비닐 알코올, 폴리이미드, 폴리아미드미드, 폴리에스테르, 폴리 탄산 에스테르, 폴리비닐 아세탈, 폴리비닐 염화물, 폴리비닐 에스테르, 폴리아미드, 폴리 스티렌, 셀룰로이드 수지, 멜라민 수지, 요소 수지, 및 아크릴 수지와 같은 수지; 폴리메틸 메타크릴레이트와 같은 감광성 폴리이미드, 감광성 폴리아미드, 사이클릭 러버계 포토레지스트, 페놀 노보락계 포토레지스트, 및 전자 빔 포토레지스트; 및 에폭시드 1,4 폴리부타디엔을 포함할 수 있다.
도 15a 내지 도 15d의 공정으로 호메오트로픽 배향막(42)을 구성하는 재료의 예들은 다음의 구조식으로 표현된 화합물을 포함할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 액정 장치의 실시예의 하나의 화소의 단면도를 도시하고, 도 12는 액정 장치를 포함하는 디스플레이 패널의 개략적인 평면도이다. 액정 장치는 스위칭 소자(장치)로서 TFT(박막 트랜지스터)를 사용하는 능동 매트릭스형 액정 장치(10)이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 액정 장치(10)는 매트릭스로 형태로 배열된 복수의 화소 전극(30)을 포함하고, 각각의 화소 전극(30)에는, 배선 매트릭스를 형성하기 위해 게이트 전극이 스캐닝 신호선(53)에 접속되고 소오스 전극이 데이터 신호선(54)에 접속되는 TFT(37)가 제공된다. 각각의 스캐닝 신호선(53)에는 스캐닝 신호 인가 회로(51)로부터 스캐닝 선택 신호(선택된 라인상의 TFT(37)에 대한 ON 신호)가 순서대로 공급되고, 스캐닝 선택 신호와 동기하여, 각각의 데이터 신호선(54)에는 데이터 신호 인가 회로(52)로부터 소정의 계조 데이터를 운반하는 데이터 신호가 공급되어 선택된 라인상의 화소 전극(30)에 데이터 신호를 공급하므로, 소정의 디스플레이 상태를 제공하기 위해 각각의 화소에서의 액정에 기록한다.
단면 구조를 도시한 도 10을 참조하면, 액정 장치(10)의 각 화소는 기판(20), 기판(20)상에 배치되고 게이트 전극(21), 게이트 절연막(22), 및 반도체 층(23)을 포함하는 TFT(37), 오옴 콘택층(24), 절연층(27), 소오스 전극(28), 드레인 전극(26), 패시베이션막(28), 드레인 전극(26)에 접속되는 화소 전극(30), 보유 캐패시터 전극(29), 기판(20)상의 상술된 부재에 걸쳐 배치되는 균일 배향막(31),공통 전극(33)을 갖는 카운터 기판(32), 절연층(34), 호메오트로픽 배향막 영역(35a) 및 균일 배향막 영역(35b)을 포함하는 복합 배향막(35), 및 방향(36b 및 36a)으로 각각 러빙된 배향막들(31 및 35) 간에 배치되는 액정(38)을 포함한다.
도 10을 참조하여, 전송형 액정 장치인 경우, 기판(20)은 통상 유리 또는 플라스틱을 포함한 투명 기판이고, 반사형 장치인 경우 기판(20)은, 예를 들면 일부 경우에서 실리콘을 포함한 불투명 기판일 수 있다. 화소 전극(30) 및 공통 전극(33)은, 전송형인 경우 ITO(인듐 주석 산화물)와 같은 투명 도전체를 포함하지만, 또한 화소 전극(30)은 반사형인 경우 반사기로서 기능하도록 높은 반사율을 갖는 금속을 포함할 수 있다. 반도체층(23)은 일반적으로 수소로 희석된 모노-실란(SiH4)의 성장 방출 분해(플라즈마 CVD)에 의해 약 300℃로 가열된 유리 기판상에 약 200㎚의 두께로 형성될 수 있는 비정질(a-)Si를 포함할 수 있다. 대체적으로, 또한 바람직하게 다결정(p-)Si를 사용할 수 있다. 오옴 콘택층(25)은, 예를 들면 n+a-Si층을 인으로 도핑함으로써 형성될 수 있다. 게이트 절연막(23)은 성장 방출 분해에 의해 형성된 실리콘 질화물(SiNx) 등을 포함할 수 있다. 또한, 게이트 전극(21), 소오스 전극(25), 드레인 전극(26), 보유 캐패시터 전극(29), 및 리드 도전체는 일반적으로 Al과 같은 금속을 포함할 수 있다. 보유 캐패시터 전극(29)인 경우, 종종 ITO와 같은 투명 도전체를 포함할 수 있다. 절연층(34)은 Ta2O5등을 포함할 수 있고, 절연층(27) 및 패시베이션층(28)은 바람직하게 실리콘 질화물의 절연막을 포함할 수 있다.
액정 장치의 본 실시예에서, 보유 상태로서 전체 영역에 걸쳐 트위스트 배향 상태를 실현하기 위해, 호메오트로픽 배향막 영역(35a)은 바람직하게 각각의 화소 전극(30)을 둘러싸도록 형성될 수 있고, 액정(38)은 바람직하게 상기 영역에서 하이브리드 배향으로 배치될 수 있다. 본 발명에서, 이러한 하이브리드 배향 영역이디스플레이에 영향을 미치지 않는 영역에 형성되는 것이 바람직하다. 따라서, 도 10의 실시예에 채택된 바와 같이, 하이브리드 배향 영역은 화소 전극들 간의 공간에 형성되고 블랙 매트릭스(도시되지 않음)로 마스크될 수 있으므로, 하이브리드 배향 영역은 블랙 매트릭스의 개구율로 형성된 화소 외부에 배치될 수 있다. 부수적으로, 하이브리드 배향 영역을 제공하기 위한 호메오트로픽 배향막 영역(35a)은 도 10에 도시된 공통 전극측 기판상에 형성될 필요가 없지만, TFT측 기판(20)에 형성될 수 있다.
한편, 도 11은, 도 15a 내지 도 15d를 참조하여 도시된 공정을 통해 생성된 바와 같이, 균일 배향막(41) 및 균일 배향막(41)상에 국부적으로 형성된 호메오트로픽 배향막(42)을 포함하는 복합 배향막을 사용하는 본 발명에 따른 액정 장치의 실시예를 도시한다. 본 실시예에서, 호메오트로픽 배향막(42)은 화소 전극(30)의 영역으로 다소 연장하도록 형성될 수 있으므로, 화소 전극들 간의 공간에서의 액정은 트위스트 배향으로 변환되지 않도록 하여 화소에 인가된 전압 감쇠시에도 화소에서의 배향을 방해한다. 또한 본 실시예에서, 블랙 매트릭스(도시되지 않음)는 호메오트로픽 배향막(42)에 대응하여 형성되므로, 화소 외부에 배치되는 하이브리드 배향 영역은 마스크된다.
호메오트로픽 배향막 영역[35a(도 10) 또는 42(도 11)]에 의해 제공된 이러한 하이브리드 또는 호메오트로픽 배향 영역은 바람직하게 도 10 및 도 11에 도시된 각각의 화소들을 둘러싸는 화소 공간에 배치될 수 있거나, 또는 화소에 전계가 없는 상황하에서 트위스트 배향 상태를 안정화하기 위해 도 17에 도시된 복수의 화소를 둘러싸도록 리드 전극상에 형성된 프레임형 영역(101)일 수 있다. 그러나, 하이브리드 또는 호메오트로픽 배향 영역(101)은 또한 소정의 효과가 달성되는 한, 리드 전극상에 스폿 또는 줄무늬 형태(도 18)로 형성될 수 있다. 이와 같이, 하이브리드 또는 호메오트로픽 영역을 리드 전극상에 배치함으로써, 리드 전극에 인가된 전압과 공통 전극에 인가된 전압 간의 전압차는 하이브리드 A 또는 호메오트로픽 배향 상태를 형성하기 위해 이용될 수 있다.
도 16은 도 10 및 도 11에 도시된 액정 장치의 상술된 실시예를 구동하는 구동 신호 파형 세트의 예를 도시한다. 도 16을 참조하면, (a) 내지 (c)에는 각각 제1, 제2, 및 제n (최종) 스캐닝 신호선에 인가되는 스캐닝 신호 파형이 도시되어 있다. (d)에는 제1 데이터 신호선에 인가되는 데이터 신호 파형이 도시되어 있고, (e)에는 (a)에서의 스캐닝 신호 파형 및 (d)에서의 데이터 신호 파형의 인가 결과로서 제1 행 및 제1 열상의 화소에 인가되는 전압 파형이 도시되어 있다.
또한, 본 발명에 따른 액정 장치는 보유 전압보다 큰 전압을 하부측에 인가함으로써 한층 개선된 응답 속도로 벤드 배향에서 구동될 수 있다.
본 발명에 따른 액정 장치(61)가 도 13a에 도시된 바와 같이, 전송 장치로서 사용될 때, 한 쌍의 편광기(63a 및 63b)는 액정 장치(61) 외부에 배치된다. 이 경우에, 편광기(63a 및 63b)의 편광축(63aa 및 63bb)은 기판쌍에 제공된 러빙 방향(64)으로부터 각각 45。 각도를 형성하도록 도 13b에 도시된 바와 같이 배치된다(기판의 러빙 방향이 일부 각도에서 상호 교차할 때 러빙 방향의 평균을 나타냄). 액정 장치가 반사 장치를 형성하는데 사용되는 경우, 관찰자로부터 바라본 대향측상에 배치된 편광기(63a)는 생략될 수 있다.
본 발명에 따른 액정 장치에서, 소정의 전압에서 액정층을 통과하는 광의 지연을 보상하기 위해 양의 지연을 갖는 (복수의 지연막을 적층함으로써 형성되는) 단축 위상 보상판(62a)을 배치하여 상기 전압에서 블랙 디스플레이의 광학적 보상을 실행하는 것이 바람직하다. 또한, 액정층의 중심부에서의 액정 분자가 기판에 수직인 성분에 풍부하여 전압 인가하에서 시야각 특성을 손상시킴에 따라, Z 방향의 성분을 상대적으로 감소시키는 음의 지연(R<0)을 갖는 위상 보상판(62b)을 삽입하여, 액정층에서의 기판에 수직 성분과 이에 평행한 성분 간의 지연차를 감소시켜 시야각 특성을 개선하는 것이 역시 바람직하다. 대체적으로, 위상 보상판(62a 및 62b)의 사용 대신에, 또한 이들 기능들을 조합한 2축 위상 보상판을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 액정 장치는, 상술된 바와 같이 소정의 배향을 제공하기 위해 네마틱 액정 및 특정 복합 배향막을 사용함으로써 생성될 수 있다. 다른 부재에 대해, 재료, 모양, 크기 및 생성 공정은 특히 제한될 필요가 없으며, 액정 장치 생성을 위한 공지된 기술이 그 생성을 위하여 적용할 수 있다.
[실시예]
이하, 본 발명이 실시예들에 기초하여 보다 상세히 기술될 것이다.
실시예 1
하이브리드 배향 영역을 포함하는 액정 장치가 준비된다. 복합 배향막은 도 14a 내지 도 14d를 참조하여 도시된 공정을 통해 준비된다. 따라서, 이들 도면들을 참조하면, 유리 기판(32)은 진공 증착에 의해 1㎝ x 1㎝의 ITO의 150㎚ 두께의 투명 전극(33)으로 코팅된 다음, Ta2O5의 100㎚ 두께의 절연층(34)으로 코팅된다. 그위에, 배향막 재료(히다찌 가세이 케이.케이.의 "LQ1800")가 스핀 코팅에 의해 인가된 다음, 열판에서 20분 동안 270℃에서 베이크되어 20㎚ 두께의 배향막(35a)을 형성한다. 그 다음, 포토마스크 레지스트(도쿄 오까 케이.케이.의 "TPAR")가 소정의 패턴(71)으로 형성된 다음, 레지스트(71)가 러빙 및 필링된다. 러빙 강도는 10。의 사전틸트 각도를 제공하도록 조정된다. ★그 결과, 그 위에 1㎝×1㎝ 너비의 사각형 전극을 갖는 제1 기판이 호메오트로픽 배향막 패턴(35a) 상에 세로 측면으로 10㎛의 너비 및 200㎛의 간격으로 형성되어, 사각형 균일 배향 영역(35b)을 둘러싼다.
단독으로, 1㎝×1㎝ ITO 전극 및 완전 균일 배향막을 갖는 제2 기판이 레지스트의 형성을 생략한 것을 제외하고 상술된 것과 동일한 단계에 의해 준비된다.
따라서, 이렇게 준비된 2개의 기판들이 동일한 방향으로 배향된 러빙 방향으로 서로 대향 배치되어 있고, 그 사이에 배치된 스페이서 비드들이 서로 5㎛ 지름으로 제공되어, 비키랄 네마틱(non-chiral nematic) 액정(치노 케이.케이.의 "KN-5027")의 주입에 의해 액정 장치가 준비된다.
액정 원리는 다음과 같은 물리적인 특성을 나타낸다.
네마틱→등방성 위상 변화 온도 : 80℃
△ε(비등방성 유전체) : 7.9
△n(비등방성 굴절률) : 0.159
상술된 액정 장치에 있어서, 주입 이후 액정이 전체 영역에 걸쳐 스플레이 배향에서 배향된다. 장치에서, 벤드 배향의 기점이 Vb = 2.0V의 전압을 인가함으로써 스플레이 배향에서 생성될 수 있으며, 다음 전압을 4.4V까지 증가시킴으로써 전체 표면에 걸쳐 벤드 배향에 배치될 수 있다. 그 다음, 인가 전압은 0V로 낮아지고, 이때 하이브리드 배향 영역에 의해 둘러싸인 균일 배향 영역에서 액정은 트위스트 배향 내로 변화한다.
다음, 장치에 전압이 인가되는 경우, 트위스트 배향에서 액정은 Ve1= 0.7V에서 벤드 배향으로 변화한다.
비교를 위해, 상대적인 액정 장치가, 제1 기판 상에 포토레지스트를 형성하는 것을 생략한 것을 제외하고 상술한 바와 동일한 방식으로 준비된 후, 전압이 유사하게 인가되고, 벤드 배향의 기점이 2.5V에서 발생하며, 전체 표면에 걸쳐 5.8V 전압에서 벤드 배향된다. 1.9V의 홀딩 전압은 벤드 배향을 계속 유지하기 위해 필요하다. 반면에, 본 실시예에서 상술된 액정 장치에서, 벤드 배향을 계속 유지하기 위한 홀딩 전압 Ve2는 0.7V로서 Ve1과 동일하고, 트위스트 배향 및 벤드 배향간의 변형은 연속적으로 영향을 받는다. 따라서, 사용 전에 재-밴딩(re-bending) 처리가 실질적으로 불필요하게 되었고, 홀딩 전압은 현격하게 감소될 수 있다.
실시예 2
도 10에 도시된 부분적인 구조를 갖는 액정 장치가, 실시예 1에서의 제1 기판 대신 TFT 기판을 사용함으로써 준비되어, 광학적 보상 이후 구동 특성이 관찰된다. 하이브리드 배향막 영역(35a)이 형성되어, 화소 전극들(30)간의 스페이싱을 커버한다. 각각의 TFT(27)는 형광 방전 분해에 의해 형성된 a-Si ca. 200㎚ 두께의 반도체층(23)과 함께 제공된다. 잔자 용량(retention capacitance : 29)은 ca.9.pF로 설정된다.
±2.0V 및 ±5.2V이 구동 전압으로 사용되고, 또 다른 방식으로 밴딩 처리가 5.3V, 60㎐ 및 0V의 사각형 신호를 인가함으로써 수행된다.
액정 장치는 도 16에서의 V+g=10V, V-g=-10V, △T=16㎲, ±2.0V 내지 ±5.3V의 화상 디스플레이용 데이터 신호 전압, 및 참조 전위로 설정된 공통 전극 전위와 같이 구동 신호 파형을 설정함으로써 구동된다. 2.0V의 전압을 인가하는 경우 및 5.3V의 전압을 인가하는 경우 사이에서 190㎲의 제동 차가 야기되므로, 도 13a에 도시된 320㎚의 제동을 갖는 위상 특성 보상 플레이트(62a)를 사용함으로써, 광특성 보상이 수행되고, ±20V에서 블랙(black)이 디스플레이 된다(일반적으로, 블랙 디스플레이라함). 전압이 2.0V의 상태로부터 전압이 5.3V인 상태로의 응답 시간은 0.5㎳이고, 전압이 5.3V로부터 2.0V로의 응답 시간은 5.0㎳이다. 본 실시예의 액정 장치에 따르면, 0V 내지 4.0V의 전압을 디스플레이용으로 인가함으로써, 트위스트 및 벤드 배향간의 스위칭이 가능하다.
본 실시예의 액정 장치(61)가 도 13a 및 도 13b에 도시된 바와 같이 한 쌍의 크로스 니콜(nicol) 편광기(63a, 63b)간에 배치되어, 그 것의 러빙 축(64)은 편광기의 편광축(63aa, 63bb)으로부터 45°각도로 형성된다. 또한, 상술한 바와 같이, 320㎚의 제동을 구비한 정위상 보상 플레이트(62a)가 정상적인 블랙 디스플레이에서 블랙 디스플레이에 광보상용으로 삽입되고, 부제동을 구비한 위상 보상 플레이트(63b)가 배치되어, 시각적인 각도 특성을 향상시킨다. 특히, 액정 장치 및 위상 보상 플레이트(62a)를 통과하여, 기판에 수직인 방향에서의 굴절률 nz및 nz방향에 수직한 방향에서의 굴절률 nx[nz방향과 nx방향에 모두 수직인 방향에서의 굴절률 ny(= nx)]을 갖는 타원율을 보이는 빛에 대해, nz'=nx및 nx'=nz의 관계를 만족하는 기판에 수직인 방향에서의 굴절률 nz' 및 nz'방향에 수직한 방향에서의 굴절률 nx' [nz' 방향과 nx'방향에 모두 수직인 방향에서의 굴절률 ny'(= nx')]을 제공하는 타원율을 제공하도록 위상 보상 플레이트(62b)가 설치된다.
실시예 3
실시예 2의 액정 장치와 동일한 구조를 갖는 액정 장치가, 배향막 재료 및 액정 재료를 변화시키지 않은 상태에서 준비된다. 도 15a 내지 도 15d에 도시된 공정을 통해, 제1 기판 상에 구성 배향막이 준비된다. 특히, 제1 기판(32) 상의 ITO 막(33)이 100㎚의 두께로 진공 증착(vapor deposition)에 의해 절연층(34)으로 형성된 Ta2O5에 의해 또한 코팅된 후, 배향막 재료(니폰 고세이 고무 케이.케이.의 "AL-0656")가 스핀 코팅되고, 200℃에서 30㎚로 베이킹되어, 50㎚ 두께의 배향막(41)을 형성한다. 그 다음, 패턴(71)에 포토레지스트(도쿄 오카 케이. 케이.의 "OFPR 800")가 형성되어 원하는 균일 배향막 영역을 보호한 후, 물 및 표면 처리제(3M Co.의 "FC-805")의 IPA(이소프로필 알코올 : isopropyl alcohol)의 혼합액과 접촉되고 100℃에서 베이킹 하여, 호메오트로픽 배향막 영역(42)을 제공한다(도 15b). 다음, 레지스트(71)가 필링에 의해 제거되고(도 15c), 남아있는 배향막(41, 42)은 러빙 롤러에 의해 러빙되어, 균일 배향막 영역(41)에서 7°사전틸트 각도로 제공된다.
반면에, 제2 TFT 기판은 러브(rub)된 ("AL0656"의) 균일 배향막 만을 구비하여 제공된다.
액정 장치가 위에서 준비된 기판들을 비키랄 네마틱 액정(치소 케이.케이.의 "KN-5030")을 함께 사용하여 준비되고, 실시예 2에서와 동일한 방식으로 물리적인 이점들을 제공한다.
네마틱→등방성 위상 변화 온도 : 80℃
△ε(비등방성 유전체) : 10.4
△n(비등방성 굴절률) : 0.130
±2.0V 내지 ±6.0V의 구동 전압이 사용되고, 벤딩 처리가 또 다른 방식으로 6.0V, 60㎐, 및 0V의 사각형 신호를 인가함으로써 수행된다.
액정 장치는 도 16에서의 V+g=10V, V-g=-10V, △T=16㎲, ±2.0V 내지 ±6.0V의 화상 디스플레이용 데이타 신호 전압, 및 참조 전위로 설정된 공통 전극 전위와 같이 구동 신호 전압 파형을 설정함으로써 구동된다. 2.0V 전압의 인가 및 6.0V의전압의 인가 사이에서 150㎚의 제동차가 야기되어, 도 13a에 도시된 바와 같이 250㎚의 보상을 갖는 위상 보상 플레이트(62a)를 사용함으로써 광보상이 수행되므로, 2.0V에서 블랙을 디스플레이한다(일반적으로 블랙 디스플레이라고 함). 2.0V로부터 6.0V의 상태에서 응답 시간이 1㎳이고, 6.0V로부터 200V로의 응답 시간은 10㎳이다. 본 실시예의 액정 장치에 따르면, 디스플레이하기 위해 0V 내지 4.0V의 전압을 인가함으로써 트위스트 및 벤드 배향간의 스위칭이 가능하다.
실시예 2에서와 유사하게, 단일 전계 처리에 의해 안정 트위스트 배향이 제공된 본 예에서의 액정 장치 및 벤드 배향 상태는 0.8V의 홀딩 전압에서 계속 유지된다. 2.0V에서 트위스트 배향으로부터 벤드 배향으로의 변환이 가능하고, 재사용 이전의 벤드 배향 처리는 실질적으로 불필요하다.
실시예 4
액정 장치가 다음과 같이 준비된다. 도 8에 도시된 3×4 화소 전극과 함께 제공된 제1 기판은 신호 전극들과 접속되어, 독립적으로 각각의 화소에 전압을 제공한다. 전체 영역에 걸쳐 제2 기판이 공통 전극을 구비하여 제공된다. 균일 배향막 영역이 화소 전극에 형성되고, 균일 배향막 영역은 화소 전극들 사이의 스페이싱(4)에 형성되어, 동일한 배향막 재료 및 처리를 사용함으로써 실시예 1에서 사용된 공정과 유사한 공정 즉, 동일한 배향막 재료 및 처리를 사용함으로써 균일 배향막 영역 및 액정 재료를 둘러싼다.
액정 장치가 한 쌍의 크로스 니콜(nicol) 편광기 사이에 샌드위치된다. 초기 상태에서, 스플레이 배향으로 인해 모든 화소들이 어두워 진다. 다음, 액정 장치에 ±5V의 AC전압이 인가되어 벤드 배향을 형성한 후, AC전압이 제거되어 트위스트 배향에서 보유된 각각의 화소에 밝은 상태가 제공된다. 다음, 액정 장치가 어떠한 전계도 없는 상태에서 몇 일간 유지되고, 각각의 화소는 밝은 상태로 나타나는 배향 상태에서 계속 유지되므로, 전계가 없는 상태에서의 디스플레이 기억 특성이 확증되므로, 단지 적은 전력을 소모하는 것을 요구하는 디스플레이가 적용되어 나타난다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 벤드 배향을 사용한 디스플레이용 액정 장치에서, 재사용 이전에 벤딩 전압 및 홀딩 전압을 현격하게 감소하는 것이 가능하게 되므로, 낮은 구동 전압 및 경제적인 전력 소모를 구현하게 된다.
특히, 하이브리드에 의해 규정된 영역(화소 영역) 또는 호메오트로픽 배향 영역을 적절하게 둘러쌈으로써, 안정적으로 트위스트 배향을 계속 유지하는 것이 가능하게 되어, 실질적으로 재-벤딩 처리가 불필요하게 됨과 동시에 벤드 배향을 홀딩하기 위한 전압이 감소될 수 있다.

Claims (13)

  1. 액정 장치에 있어서,
    전극과 배향막이 각각 상부에 구비되어 있는 한 쌍의 기판, 및
    상기 기판들간에 배치된 네마틱 액정층
    을 포함하며,
    적어도 하나의 배향막은
    접촉하고 있는 액정 분자들의 장축(longer axes)을 관련된 기판 표면에 대해 80∼90°의 각도를 형성하도록 배향할 수 있는 호메오트로픽(homeotropic) 배향막 영역, 및
    접촉하고 있는 액정 분자를 벤딩 전압(bending voltage)의 인가 시에 벤딩 배향으로 변환될 수 있는 배향 상태로 배치할 수 있는 다른 배향막 영역
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 호메오트로픽 배향막 영역과 접촉하는 영역의 액정은 연속적으로 트위스트(twist) 배향으로 변환가능한 배향 상태에 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 호메오트로픽 배향막 영역과 접촉하는 영역을 제외한 액정은 전체적으로 트위스트 배향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 호메오트로픽 배향막 영역과 접촉하는 영역을 제외한 액정은 부분적으로 스플레이(splay) 배향으로 배향되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 호메오트로픽 배향막 영역은 상기 다른 배향막 영역을 둘러싸는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 다른 배향막 영역은 균일(homogeneous) 배향막 영역인 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 호메오트로픽 배향막 영역과 접촉하는 영역의 액정은 하이브리드(hybrid) 배향 상태로 배향되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 호메오트로픽 배향막 영역과 접촉하는 영역의 액정은 호메오트로픽 배향 상태로 배향되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  9. 제6항에 있어서, 상기 한 쌍의 기판의 상부에는 상호 평행한 배향 방향을 갖는 균일 배향막 영역들이 대향 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  10. 제6항에 있어서, 상기 한 쌍의 기판의 상부에는 상호 평행하고 동일한 배향 방향을 갖는 균일 배향막 영역들이 대향 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  11. 제1항에 있어서, 상기 호메오트로픽 배향막 영역은 적어도 화소 영역의 외측에 형성되는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 액정은 키랄(chiral) 성분이 없는 것을 특징으로 하는 액정 장치.
  13. 전극과 배향막이 각각 상부에 구비되어 있는 한 쌍의 기판, 및 상기 기판들간에 배치된 네마틱 액정층을 포함하며, 적어도 하나의 배향막은 접촉하고 있는 액정 분자들의 장축을 관련된 기판 표면에 대해 80∼90°의 각도를 형성하도록 배향할 수 있는 호메오트로픽 배향막 영역, 및 접촉하고 있는 액정 분자를 벤딩 전압의 인가 시에 벤딩 배향으로 변환될 수 있는 배향 상태로 배치 할 수 있는 다른 배향막 영역을 포함하는 유형의 액정 장치를 구동하는 방법에 있어서,
    상기 액정을 트위스트 배향 및 벤딩 배향간에 스위칭하는 단계, 및
    상기 액정의 상기 트위스트 배향 상태 및 상기 벤딩 배향 상태의 광학적 상태들의 차이를 검출하여 디스플레이를 행하는 단계
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 구동 방법.
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