KR20000023188A

KR20000023188A - 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20000023188A
Application number: KR1019990039643A
Authority: KR
Inventors: 가따오까신고; 오무로가쓰후미
Original assignee: 아끼구사 나오유끼; 후지쯔 가부시끼가이샤
Priority date: 1998-09-18
Filing date: 1999-09-15
Publication date: 2000-04-25
Also published as: JP2000155318A; TWI229225B; KR100630580B1; US6362863B1

Abstract

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 프리틸트각의 크기에 기인하는 배향성의 문제를 해결하여 양호한 표시 품질을 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 한 쌍의 기판(1, 2)과, 상기 한 쌍의 기판 사이에 봉입되는 네마틱 액정(9)과, 각 기판의 내면측에 형성되며, 상기 기판에 대하여 소정의 각도를 이루는 사면을 갖는 단면이 톱니 형상인 배향 제어층(7, 8)과, 상기 배향 제어층을 덮는 배향막(5, 6)을 갖는 구성으로 한다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY UNIT}

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 배향 제어에 배향막을 사용하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

종래의 능동 소자를 사용한 액정 표시 장치는 유전율의 이방성이 정(正)인 액정을 한 쌍의 기판간에 봉입하여 액정 분자를 기판면에 대하여 거의 수평하게 배향시키고, 또한 대향하는 기판간에서 액정 분자의 배향 방향을 90˚ 비틀은 TN(Twisted Nematic) 모드 액정이 주류이다. 그러나, 이 TN 모드 액정에는 시야각이 좁은 문제가 있었다.

시각 특성을 개선하는 견지에서, 이 TN 모드 액정에 대신하는 넓은 시야각의 액정 패널로서, 유전율의 이방성이 부(負)인 액정을 한 쌍의 기판간에 봉입하여 액정 분자를 기판면에 대하여 거의 수직하게 배향시킨 VA(Vertically Aligned) 모드 액정이 있다.

단, 이 VA 모드에 있어서는, 중간조의 휘도 반전을 없애기 위해서 배향 분할을 할 필요가 있다. 배향 분할을 하는 방법의 하나로서 최근 개발이 진행되고 있는 것에 자외선 조사에 의한 배향 방법이 있다. 이 자외선 조사에 의한 배향 방향의 제어 방법은 배향막에 비접촉으로 배향 방향의 제어가 가능하는 이점이 있다. 그러나, 이 자외선 조사에 의한 배향 방향의 제어 방법에서는 프리틸트각이 필요 이상으로 작아져 버려서, 콘트래스트의 저하를 초래하기 쉬운 문제가 있다.

한편, 최근 시야각이 넓고, 또한 TN 모드 액정의 1000 배 정도의 고속 응답성을 겸비한 액정 모드로서, 강유전성 액정 또는 반강유전성 액정을 사용한 액정 모드의 액정 표시 장치도 제안되고 있다.

그러나, 사용하는 액정 재료는 배향 질서성이 높아, 배향 결함을 방지하기 위해 필요로 하는 프리틸트각의 제어가 배향막 자신의 프리틸트 발현성만으로는 대단히 곤란한 문제가 있다. 이것은 자외선 조사에 의한 배향 방법의 적용을 극히 곤란하게 하는 이유도 된다.

도 21 ~ 도 23은 종래 기술 및 그 문제점을 설명하는 도면이다.

도 21은 강유전성 액정을 사용한 액정 패널의 종래 기술을 나타낸 도면이다. 도 22은 도 21에서의 문제점을 나타낸 도면이다.

도 21에 나타낸 바와 같이, 액정 패널(300)은 한 쌍의 기판(80, 81)의 내면측에 전극(82, 83) 및 PVCi(폴리비닐신나메이트)로 된 배향막(84, 85)이 형성되어 있다. 그리고, 이 한 쌍의 기판(80, 81)간에 강유전성 액정층(86)이 봉입되어 있다. 이 액정 패널(300)은 강유전성 액정의 세브론 구조로 불려지는 것으로, 액정 분자(86a)는 굴곡한 층 구조가 연속한 상태로 되어 있다.

그러나, 종래의 액정 패널(300)에서는, 도 21에 나타낸 바와 같이 액정 분자(86a)가 기판면에 대하여 거의 수평으로 배향하여 있고, 프리틸트각이 거의 0˚ 이기 때문에, 구조체가 굴곡하는 방향이 역으로 되는 영역이 생겨, 지그재그 배향 결함이 생겨 버린다. 도 22는 그 지그재그 배향 결함을 나타내고 있고, 헤어 핀 결함(87)이나 라이트닝 결함(88)이 생겨 버려, 표시 품질을 열화시키고 마는 문제가 있었다.

도 23은 다른 종래 기술을 나타낸 도면으로, VA 모드 액정을 사용한 액정 패널이다. 도 23에 나타낸 바와 같이, 액정 패널(400)은 한 쌍의 기판(90, 91)의 내면측에 전극(92, 93) 및 폴리이미드나 폴리아미드산으로 된 수직 배향막(94, 95)이 형성되어 있다. 수직 배향막(94, 95)의 배향 처리는 자외선에 의한 배향 방법을 사용할 수 있다. 그리고, 이 한 쌍의 기판(90, 91)간에 유전율의 이방성이 부인 액정으로 된 액정층(96)이 봉입되어 있다.

이 액정 패널(400)에서는 수직 배향막(94, 95)의 배향 처리가 자외선 조사에 의한 배향 방법에 의해 실시되어, 액정 분자(96a)의 기판면에 대한 프리틸트각 θp가 상당히 작아진 것이었다. 따라서, 전압을 인가하지 않은 어두운 상태의 누광이 많아져서, 콘트래스트를 저하시키는 문제가 있었다.

또한 이와 같은 상황에서, 자외선 조사에 의한 배향 방법을 적용할 수 있는 배향막 재료의 선택의 폭이 좁아져 버려, 코스트의 증가에 이어지는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은 프리틸트각의 크기에 기인하는 배향성의 문제를 해결하여, 양호한 표시 품질의 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 나타낸 도면.

도 2는 도 1의 한 쪽 기판 및 그 근방의 액정 분자를 나타낸 도면.

도 3은 도 1 및 도 2의 액정 분자의 프리틸트각을 나타낸 도면.

도 4는 도 1의 배향 제어층을 나타낸 사시도.

도 5는 도 1의 배향 제어층의 톱니 형성 방법의 예를 나타낸 도면.

도 6은 도 1의 배향 제어층의 톱니 형성 방법의 다른 예를 나타낸 도면.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예를 나타낸 도면.

도 8은 도 7의 배향막의 배향 처리 방법을 나타낸 도면.

도 9는 도 7의 배향막의 예를 나타낸 도면.

도 10은 도 7의 액정 표시 장치의 기판에 형성된 복수의 층의 두께를 나타낸 도면.

도 11은 도 12의 액정 표시 장치의 기판에 형성된 복수의 층의 두께를 나타낸 도면.

도 12는 본 발명의 제 3 실시예를 나타낸 도면.

도 13은 본 발명의 제 4 실시예를 나타낸 도면.

도 14는 도 13의 액정 표시 장치의 기본형을 나타낸 개략 평면도.

도 15는 본 실시예의 특징을 나타내며, 도 15a는 도 13 및 도 14의 선상의 배향 제어 구조체를 나타낸 사시도, 도 15b는 도 15의 특징을 포함한 도 13의 액정 표시 장치의 개략 평면도.

도 16은 배향 제어층의 변형례를 나타낸 도면.

도 17은 배향 제어층의 변형례를 나타낸 도면.

도 18은 배향 제어층의 변형례를 나타낸 도면.

도 19는 배향 제어층의 변형례를 나타낸 도면.

도 20은 도 19의 배향 제어층을 나타낸 사시도.

도 21은 종래 기술을 나타낸 도면.

도 22는 종래 기술을 나타낸 도면.

도 23은 종래 기술을 나타낸 도면.

(부호의 설명)

1, 2 … 기판

3, 4 … 전극

5, 6 … 배향 제어층

7, 8 … 배향막

9 … 액정층

10, 12 … 기판

14, 16 … 전극

18, 20 … 배향 제어층

22, 24 … 배향막

26 … 액정층

40, 42 … 기판

44, 46 … 전극

48, 50 … 배향 제어층

52, 54 … 배향막

58 … 액정층

59A, 59B … 선상의 배향 제어 구조체

본 발명에 의한 액정 표시 장치는 한 쌍의 기판과, 상기 한 쌍의 기판 사이에 봉입되는 네마틱 액정층과, 각 기판의 내면측에 형성되며, 상기 기판에 대하여 소정의 각도를 이루는 사면을 갖는 단면이 톱니 형상인 배향 제어층과, 상기 배향 제어층을 덮는 배향막을 갖는 것을 특징으로 하는 것이다.

이 구성에서는, 네마틱 액정을 사용한 액정 표시 장치에 있어서, 액정의 배향을 배향 제어층과 배향막에 따라서 제어할 수 있어서, 배향막의 재질이나 배향막에 대한 배향 처리 방법에 관계없이 소망하는 프리틸트각을 실현할 수 있다.

바람직하게는, 상기 배향막이 수평 배향막 또는 수직 배향막이고, 기판의 표면에 대한 상기 배향 제어층의 사면의 경사가 α, 배향막에 대한 액정의 프리틸트각이 θp라 할 때, 기판의 표면에 대한 액정의 프리틸트각 θ는 θ = θp + α로 된다. 이 경우, 액정의 프리틸트각 θp는 배향 제어층의 사면의 경사 방향에 대하여 플러스 또는 마이너스의 값을 취할 수 있고, 또한 실질적으로 0으로 하는 수도 있다.

또한, 본 발명의 또 하나의 국면에 의한 액정 표시 장치는 한 쌍의 기판과, 상기 한 쌍의 기판 사이에 봉입되는 스멕틱 액정층과, 각 기판의 내면측에 형성되며, 상기 기판에 대하여 소정의 각도를 이루는 사면을 갖는 단면이 톱니 형상인 배향 제어층과, 상기 배향 제어층을 덮는 배향막을 구비하며, 한 쪽 기판의 배향 제어층의 톱니 사면은 다른 쪽 기판의 배향 제어층의 톱니 사면에 대하여 비평행인 것을 특징으로 하는 것이다.

(실시예)

이하 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제 1 실시예를 나타낸 단면도이다. 액정 표시 장치(100)는 한 쌍의 유리 기판(1, 2)의 내면측에 ITO 로 된 전극(3, 4)이 형성되어 있다. 전극(3, 4) 상에는 아크릴 수지로 된 단면이 톱니 형상인 배향 제어층(5, 6)이 형성되어 있다. 또 배향 제어층(5, 6)의 대향하는 사면은 기판(1, 2)의 표면에 대하여 각도를 이루도록 형성되어 있다. 배향 제어층(5, 6) 상에는 폴리이미드로 된 배향막(7, 8)이 형성되어 있다.

액정층(9)이 한 쌍의 유리 기판(1, 2)간에 봉입되어 있다. 액정층(9)은 배향막(7, 8)에 접한다. 이 실시예에서는, 액정층(9)은 수평 배향의 네마틱 액정으로 된다. 따라서, 배향막(7, 8)도 수평 배향막이다. 액정 표시 장치(100)는 TN형 액정 표시 장치이고, 배향막(7, 8)은 서로 직교하는 방향으로 러빙(rubbing)되어 있다. 또 배향 제어층(5, 6)의 대향하는 사면은 서로 직교하도록 배치되어 있다. 따라서, 도 1에서는 배향 제어층(6)은 사면의 정상 부근을 통하는 단면을 나타내고 있다.

도 2는 도 1의 기판(1)과 그 근방의 액정 분자(9a)를 나타낸 도면이다. 도 3은 액정 분자(9a)의 프리틸트각을 설명하는 도면이다. 배향 제어층(5)의 톱니 형상의 경사각은 기판(1)의 표면에 대하여 각도 α이다. 따라서, 액정 분자(9a)의 배향에 가장 기여하는 배향막(7)의 표면도 기판(1)의 표면에 대하여 각도 α가 된다. 또 배향막(7)은 액정 분자(9a)의 배향막(7)에 의한 프리틸트각(배향막(7)의 표면에 대한 프리틸트각)이 θp가 되도록 배향 처리, 예컨대 러빙되어 있다.

따라서, 액정 분자(9a)의 기판(1)에 대한 프리틸트각 θ는 도 3에 나타낸 바와 같이, θ = θp + α가 된다.

이와 같이 구성함으로써, 액정 분자(9a)의 프리틸트각 θ를 임의의 각도로 할 수 있게 된다. 즉, 배향막(7)에 의한 프리틸트각만으로는 제어할 수 있는 범위에 한계가 있지만, 톱니 형상의 배향 제어층(5)과 조합하여 배향 제어층(5)의 사면의 경사각을 적절히 설정함으로써, 프리틸트각 θ를 임의의 각도로 설정할 수 있어서, 배향막(7)만으로는 얻기가 곤란한 프리틸트각을 얻을 수 있다.

따라서, 배향막(7)에 의해 생기는 프리틸트각 이상의 프리틸트각을 부여하거나, 또는 배향막(7)에 의해 생기는 프리틸트각보다도 작은 프리틸트각을 부여할 수도 있게 된다. 또 프리틸트각을 완전히 갖지 않는 수평 배향 상태를 얻을 수도 있다. 또한, 프리틸트각을 15˚ ~ 30˚ 정도의 높은 값으로 하는 것도 용이하게 실현할 수 있다.

따라서, 본 발명의 구성을 사용함으로써, 프리틸트각의 크기에 기인하는 배향성의 문제는 해결되어, 양호한 표시 품질의 액정 표시 장치를 실현할 수 있게 된다. 또한, 본 발명의 구성을 사용함으로써, 프리틸트각의 제어가 곤란했던 자외선 조사에 의한 배향 방법 등의 광 배향 방법의 적용 범위를 넓게 하여 적용을 용이하게 할 수 있게 된다.

도 4는 배향 제어층(5)을 나타낸 사시도이다. 배향 제어층(5, 6)의 형성 방법으로서는 틀을 사용하여 형성하는 방법(도 5)이나, 감광성 수지를 사용하여 자외선 조사에 의해 형성하는 방법(도 6)이 있다. 도 5는 배향 제어층(5)의 재료를 전극(3)상에 도포하고, 틀(D)을 배향 제어층(5)의 재료에 압착한 것을 나타내고 있다. 도 6은 배향 제어층(5)의 재료인 감광성 수지에 마스크(M)를 사용하여 자외선 조사를 하는 것을 나타내고 있다. 마스크(M)는 크기가 단계적으로 변화하는 개구부를 갖고, 이것에 의해 사면을 갖는 톱니 형상을 형성한다.

도 7은 본 발명의 제 2 실시예를 나타낸다. 도 7에 나타낸 액정 표시 장치(150)는 세브론 구조의 강유전성 액정에 적용한 것이다. 액정 표시 장치(150)는 한 쌍의 유리 기판(10, 12)의 내면측에 ITO로 된 전극(14, 16)이 형성되어 있다. 전극(14, 16)상에는 아크릴 수지로 된 단면이 톱니 형상인 배향 제어층(18, 20)이 형성되어 있다. 배향막(22, 24) 사이에는 액정층(26)이 있다. 액정 재료로서는 강유전성을 나타낸 스멕틱 액정(TA-C100 : 짓소사제)을 사용하며, 셀 두께는 1.5 ㎛로 했다.

배향 제어층(18, 20) 상에는 PVCi(폴리비닐신나메이트)로 된 배향막(22, 24)이 형성되어 있다. 배향 제어층(18, 20)의 대향하는 사면은 서로 각도를 이루도록, 즉 상호 비평행으로 형성되어 있다. 배향 제어층(18, 20)은 상기한 바와 같이 틀을 사용하거나 또는 감광성 수지를 사용하여 자외선 조사에 의해 형성된다. 배향막(22, 24)은 광배향법에 의해 배향 제어가 되어 있다.

도 8은 PVCi로 된 배향막(22, 24)에 대한 광배향법에 의한 배향 제어 방법을 나타내고 있다. 도 9는 PVCi 및 광이량화 반응을 나타내고 있다. 배향막(22, 24)은 광이량화 반응에 의해 배향 처리되어 있다. PCi막(24)의 표면에 편광 자외선을(편광 방향은 화살표(28)) 조사하면, 액정 분자(26a)는 편광 방향(28)과 수직한 방향(화살표(30))으로 배향한다. 더 상세하게는, 도 9에 나타낸 바와 같이, PVCi는 자외선을 조사하면 광이량화를 일으켜 결합 가교한다. 광가교후의 PVCi는 벤젠환이 연결된 구조가 되어, 그 벤젠-벤젠 쌍의 방향으로 부의 광학 이방성이 생긴다. 액정 분자(26a)는 이 방향으로 배향하게 된다.

이 광배향법에 의해 액정 표시 장치를 작성한 경우, 액정의 배향(방위)을 양호하게 제어할 수 있게 되지만, 액정 표시 장치로서 사용할 경우의 액정의 프리틸트각은 거의 0이 된다. 이 때문에, 도 22에 나타낸 지그재그 결함이나 라이트닝 결함이 생기기 쉽다. 지그재그 결함이나 라이트닝 결함을 억제하기 위해서는 프리틸트각을 높게 하는 것이 효과적이다.

본 발명에 있어서는, 배향 제어층(18, 20)을 형성함으로써, 기판(10, 12)의 표면에 대하여 20˚에 가까운 프리틸트각을 실현할 수 있다. 배향 제어층(18, 20)의 대향하는 사면이 서로 평행이 되도록 한 경우에는 어느 정도 지그재그 결함을 방지할 수 있지만, 그럼에도 세브론 구조의 액정층의 굴곡 위치가 분산하므로 여전히 결함이 나타난다. 배향 제어층(18, 20)의 대향하는 사면이 서로 비평행이 되도록 함으로써, 세브론 구조의 액정층의 굴곡 위치가 일정하게 되어 결함을 해소할 수 있다.

도 10은 유리 기판(12)(예컨대 두께(m)가 700 ㎛)에 형성된 전극(16)(예컨대 두께(n)가 0.1 ㎛)의 위에 형성된 배향 제어층(18)의 치수의 예를 나타내고 있다. 배향 제어층(20)의 하나의 톱니의 길이(l)는 1.0 ㎛이고, 배향 제어층(20)의 하나의 톱니의 큰 쪽의 높이(o)는 0.4 ㎛이고, 같은 톱니의 작은 쪽의 높이(p)는 0.1 ㎛ 이하이다. 배향막(24)의 두께(q)는 0.03 ㎛이다. 다른 쪽의 배향 제어층(18)에 대해서도 같다.

도 12는 본 발명의 제 3 실시예를 나타낸 도면이다. 액정 표시 장치(200)는 VA 모드 액정에 적용한 것이다. 액정 표시 장치(200)는 한 쌍의 유리 기판(40, 42)과, 투명 전극(44, 46)과, 단면이 톱니 형상인 배향 제어층(48, 50)과, 폴리이미드 또는 폴리아미드산으로 된 수직 배향막(52, 54)과, 액정층(58)으로 된다. 액정 재료는 부의 유전율 이방성을 갖는 네마틱 액정(MJ-961213-메르크사제)을 사용하고, 셀 두께는 3.5 ㎛로 했다. 수직 배향막(52, 54)은 폴리이미드 또는 폴리이미드산으로 된다.

양 기판(40, 42)의 배향 제어층(48, 50)의 대향하는 사면은 서로 평행이 되도록 형성되어 있다. 수직 배향막(52, 54)은 수직 배향막(52, 54)에 45˚의 방향에서 무편광의 자외선을 조사하는 광조사법에 의해 배향 처리되어 있다. 이 광조사법에서는 수직 배향막(52, 54)을 구성하는 폴리머의 수직 배향성을 제어하는 그룹 중, 자외선의 조사 방향으로 약간 비틀어지게 한 것과, 역방향으로 비틀어지게 한 것이 서로 다른 작용을 받아서 한 쪽 그룹이 무너지고, 다른 쪽 그룹만이 남는다. 남은 그룹에 의해서, 프리틸트각을 수반하는 배향 작용이 실현된다.

본 실시예의 액정 패널(200)에서는, 액정 분자(58a)는 배향막(52, 54)에 대한 자외선 조사 후의 프리틸트각은 약 80˚로 비교적 작지만, 배향 제어층(48, 50)의 톱니 형상의 사면이 기판(40, 42)에 대하여 약 8˚ 이기 때문에, 액정 분자(58a)의 기판에 대한 프리틸트각 θ는 약 88˚가 된다(θ = θp + α). 이와 같이, 배향 제어층(48, 50)이 배향막(52, 54)에 의한 프리틸트각의 부족분을 보충하도록 작용하므로, 액정 패널(200)에서는 양호한 스위칭에 필요한 경사각을 갖고, 또한 콘트래스트를 저하시키지 않을 정도의 수직에 가까운 배향을 얻을 수 있다.

도 11은 도 12의 액정 표시 장치(200)의 유리 기판(42)(예컨대 두께(m)가 700 ㎛)에 형성된 전극(46)(예컨대 두께(n)가 0.1 ㎛)의 위에 형성된 배향 제어층(50)의 치수의 예를 나타내고 있다. 배향 제어층(50)의 하나의 톱니의 길이(l)는 2.0 ㎛이고, 배향 제어층(18)의 하나의 톱니의 큰 쪽의 높이(o)는 0.3 ㎛이고, 상기 톱니의 작은 쪽의 높이(p)는 0.1 ㎛이하이다. 배향막(54)의 두께(q)는 0.03 ㎛이다. 다른 쪽 배향 제어층(48)에 대해서도 같다. 종래예에서는, 흑색 투과율은 0.3 %, 콘트래스트는 100이었지만, 본 실시예에서는 흑색 투과율은 0.02 %, 콘트래스트는 600이상이었다.

도 13은 본 발명의 제 4 실시예를 나타낸 도면이다. 액정 표시 장치(200)는 MVA 모드 액정에 적용한 것이다. 액정 표시 장치(200)는 한 쌍의 유리 기판(40, 42)과, 투명 전극(44, 46)과, 수직 배향막(52, 54)과, 부의 유전율 이방성을 갖는 네마틱 액정층(58)으로 된다. 이 실시예에서, 단면이 톱니 형상인 배향 제어층(48, 50)은 전극(44, 46)의 전면에 형성된 것은 아니고, 전극(44, 46)에 형성된 선상의 배향 제어 구조체(59A, 59B)에 형성된 것이다. 선상의 배향 제어 구조체(59A, 59B)는 전극(44, 46) 상에 돌출하는 유전체(절연체)로 된 돌기로 하여, 또는 전극(44, 46)에 형성된 오목부로 하여 형성될 수 있다.

도 14는 도 13의 액정 표시 장치(200)의 기본형을 나타낸 개략 평면도이며, 한 쪽 기판(40)에 형성된 선상의 배향 제어 구조체(59A)와 다른 쪽 기판(42)에 형성된 선상의 배향 제어 구조체(59B)의 관계를 나타내고 있다. 양 기판의 선상의 배향 제어 구조체(59A, 59B)는 서로 평행하게 뻗어 있고, 또한 한 쪽 기판(40)의 선상의 배향 제어 구조체(59A)는 다른 쪽 기판(42)의 선상의 배향 제어 구조체(59B)에 대하여 어긋나게 배치된다.

액정에 전압을 인가하고 있지 않을 때는, 액정 분자는 수직 배향막(52, 54)에 대하여(기판(40, 42)의 표면에 대하여) 대략 수직으로 배향한다. 더 상세히는, 한 쪽 기판(40)의 선상의 배향 제어 구조체(59A)와 다른 쪽 기판(42)의 선상의 배향 제어 구조체(59B) 사이에 위치하는 액정 분자(58a)는 수직 배향막(52, 54)에 대하여(기판(40, 42)의 표면에 대하여) 수직으로 배향한다. 그러나, 선상의 배향 제어 구조체(59A, 59B) 상에 위치하는 액정 분자(58b)는 선상의 배향 제어 구조체(59A, 59B)에 대하여 수직으로 배향하지만, 기판(40, 42)의 표면에 대하여 수직은 되지 않고, 기판(40, 42)의 표면에 대하여 기울어져 배향한다.

액정에 전압을 인가하면, 액정 분자는 기판(40, 42)의 표면에 대하여 평행하게 쓰러지게 된다. 이 경우, 전압 불인가시에 선상의 배향 제어 구조체(59A, 59B) 상에 위치하는 액정 분자(58b)는 기판(40, 42)의 표면에 대하여 기울어져 배향하고 있었으므로, 한 쪽 기판(40)의 선상의 배향 제어 구조체(59A)와 다른 쪽 기판(42)의 선상의 배향 제어 구조체(59B) 사이에 위치하는 액정 분자(58a)는 액정 분자(58b)의 경사에 따라서, 도 13에 화살표로 나타낸 바와 같이 수직 배향막(52)을 향하는 방향으로 쓰러진다. 따라서, 수직 배향막(52, 54)이 러빙이나 광조사법 등의 배향 처리가 되어 있지 않아도, 선상의 배향 제어 구조체(59A, 59B)가 있으면 액정 분자는 정해진 방향으로 쓰러져서 액정의 배향은 제어된다.

도 13 및 도 14가 하나의 화소의 영역을 나타내고 있다고 하면, 액정 분자는 선상의 배향 제어 구조체(59A)의 양측에서 배향 제어 구조체(59A)를 향하여 서로 역방향으로 쓰러지게 된다. 이와 같이 하여, 하나의 화소 내에 배향 상태가 다른 복수의 영역이 형성되고, 시각 특성이 우수한 액정 표시 장치를 얻을 수 있어, 소위 배향 분할을 달성할 수 있다.

도 14의 화살표는 액정 분자(58a, 58b)의 쓰러진 방향을 나타내고 있다. 한 쪽 기판(40)의 선상의 배향 제어 구조체(59A)와 다른 쪽 기판(42)의 선상의 배향 제어 구조체(59B) 사이에 위치하는 액정 분자(58a)는 상기한 바와 같이 배향 제어 구조체(59A)를 향하여 서로 역방향으로 쓰러진다. 그러나, 선상의 배향 제어 구조체(59A, 59B) 위에 위치하는 액정 분자(58b)는 화살표로 나타낸 바와 같이 선상의 배향 제어 구조체(59A, 59B)에 대하여 평행하게 배향하게 되지만, 이 때 액정 분자(58b)의 쓰러지는 방향(틸트하는 방향)이 미소한 영역 마다 변화한다. 배향 제어 구조체(59A, 59B) 상의 액정 분자(58b)의 쓰러지는 방향의 조합에 따라서는, 액정 분자(58a) 중 쓰러지는 방향이 배향 제어 구조체(59A, 59B)의 주사 방향과 수직한 방향으로 쓰러지지 않는 것이 나오게 된다. 따라서, 액정 분자(58b)의 쓰러지는 미소한 영역을 제어할 것이 요망된다.

도 15a는 선상의 배향 제어 구조체(59B)에 형성된 배향 제어층(50)을 나타낸 도면이다. 수직 배향막(54)은 도 15에 나타낸 구조 상에 형성된다. 이 경우, 선상의 배향 제어 구조체(59B) 자체가 단면이 톱니 형상의 구조(배향 제어층(50))로서 형성된다. 배향 제어층(50)의 하나의 톱니의 길이(l)는 2.0 ㎛이고, 배향 제어층(18)의 하나의 톱니의 큰 쪽의 높이(o)는 1.6 ㎛이고, 상기 톱니의 작은 쪽의 높이(p)는 1.0 ㎛이하이다. 배향 제어층(50)의 폭은 10 ㎛, 층간의 간극의 폭은 25 ㎛, 셀 두께는 4.2 ㎛이었다. 다른 선상의 배향 제어 구조체(59A)에 형성된 배향 제어층(48)에 대해서도 같다.

도 15b는 도 15a의 배향 제어층(50)을 갖는 경우의 액정 분자의 배향을 나타낸 도면이다. 선상의 배향 제어 구조체(59A, 59B) 상의 액정 분자(59b)는 배향 제어층(48, 50)의 사면에 의해 기판에 대한 각도가 제어되고 있으므로, 전압 인가시에는 일정한 방향을 향하여 쓰러지게 된다. 따라서, 선상의 배향 제어 구조체(59A, 59B) 상의 액정 분자(59b)의 배향도 제어가 되어, 액정 분자(59a)는 배향 제어 구조체와 수직한 방향으로 쓰러지게 된다.

도 16 ~ 도 18은 본 발명의 배향 제어층의 변형례를 나타낸다.

도 16에 나타낸 배향 제어층(60a)은 기판면에 대하여 소정의 각도를 갖고 경사하는 제 1 경사면(61a)과, 기판면에 대하여 거의 수직이 되는 면(62a)을 갖는 단위 톱니 형상을 갖는다.

도 17에 나타낸 배향 제어층(60b)은 기판면에 대하여 소정의 각도를 갖고 경사하는 제 1 경사면(61b)과, 기판면에 대하여 거의 수직이 되는 면(62b)과, 기판면에 대하여 거의 평행이 되는 면(63b)을 갖는 단위 톱니 형상을 갖는다.

도 18에 나타낸 배향 제어층(60c)은 기판면에 대하여 소정의 각도를 갖고 경사하는 제 1 경사면(61c)과, 기판면에 대하여 소정의 각도를 갖고 경사하며 제 1 경사면(61c)과는 역방향으로 경사하고 있는 경사면(62c)을 갖는 단위 톱니 형상을 갖는다.

이와 같이, 배향 제어층의 형상에 대해서는, 여러 가지 형상이 고려되지만, 액정 분자를 전체적으로 보아 한 방향으로 경사시키는 작용을 나타낸 것이면 좋다. 또 도면에서는 배향 제어층의 경사면의 폭과 액정 분자의 길이는 같게 되도록 나타내어 있지만, 이것은 설명의 편의상 액정 분자를 상대적으로 크게 나타낸 것이고, 실제로는 경사면의 폭은 액정 분자의 길이보다도 충분히 크게 되도록 형성되어 있다.

도 19 및 도 20은 배향 제어층의 변형례를 나타낸 도면이다.

배향 제어층(70)은 배향 제어층의 두께가 다른, 즉 사면의 정상부의 높이가 다른 영역을 갖도록 형성되어 있다. 즉, 영역(70A)에서는 배향 제어층의 사면의 정상부의 높이가 a(a = 0.7 ㎛)로 되어 있고, 영역(70B)에서는 배향 제어층의 사면의 정상부의 높이가 b(b = 0.4 ㎛)로 되어 있고, 영역(70C)에서는 배향 제어층의 사면의 정상부의 높이가 c(c = 0.25 ㎛)로 되어 있으며, 높이의 관계는 a > b > c로 되어 있다. 사면의 최저부의 높이가 p(p = 0.1 ㎛이하)이다. 또한, 하나의 톱니의 길이(l)는 2.0 ㎛이고, 1 화소의 길이(L)는 300 ㎛이다.

이와 같은 배향 제어층(70)을 사용하면, 액정 표시 장치 내에서 영역 마다 셀 두께가 다르도록 구성할 수 있어서 액정 패널의 멀티 갭화가 가능하게 된다. 따라서, 배향 제어층의 두께(배향 제어층의 사면의 높이)를 액정 표시 장치의 R, G, B의 색의 영역으로 적당히 설정함으로써, 컬러 액정 패널에서 R, G, B의 각색의 영역의 각각에 최적의 리타데이션(retardation) 값을 얻은 수 있게 된다. 도 20은 영역(70B)(B 화소)의 셀 두께를 4.2 ㎛로 하고, 액정 재료의 Δnd를 0.082로 할 때의 적용례이다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 액정 표시 장치에 의하면, 액정 분자의 프리틸트각을 임의의 각도로 할 수 있게 되어, 프리틸트각에 기인하는 배향성의 문제는 해결되어 양호한 표시 품질의 액정 표시 장치를 실현할 수 있게 된다. 또한, 프리틸트각의 제어가 곤란했던 자외선 조사에 의한 배향 방법 등의 광배향법의 적용 범위를 넓혀서 적용을 용이하게 할 수 있게 된다.

Claims

한 쌍의 기판과,

상기 한 쌍의 기판 사이에 봉입되는 네마틱 액정층과,

각 기판의 내면측에 형성되며, 상기 기판에 대하여 소정의 각도를 이루는 사면을 갖는 단면이 톱니 형상인 배향 제어층과,

상기 배향 제어층을 덮는 배향막을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
한 쌍의 기판과,

상기 한 쌍의 기판 사이에 봉입되는 스멕틱 액정층과,

각 기판의 내면측에 형성되며, 상기 기판에 대하여 소정의 각도를 이루는 사면을 갖는 단면이 톱니 형상인 배향 제어층과,

상기 배향 제어층을 덮는 배향막을 구비하며,

한 쪽 기판의 배향 제어층의 톱니 사면은 다른 쪽 기판의 배향 제어층의 톱니 사면에 대하여 비평행인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.