KR20000029192A

KR20000029192A - 액정 표시 장치와 이의 제조 방법, 및 기판과 이의 제조방법

Info

Publication number: KR20000029192A
Application number: KR1019990045484A
Authority: KR
Inventors: 아코스타엘리자베스제인; 틸린마틴데이비드; 타울러마이클죤; 왈톤해리가쓰
Original assignee: 마찌다 가쯔히꼬; 샤프 가부시키가이샤
Priority date: 1998-10-20
Filing date: 1999-10-20
Publication date: 2000-05-25
Also published as: GB2343011A; US6512569B1; JP3518849B2; TW484021B; EP0996028A3; JP2000122099A; KR100326965B1; GB9822762D0; EP0996028A2

Abstract

OCB 장치는 상부 및 하부 기판을 포함하여, 상부 및 하부 기판 각각에는 정렬층이 제공된다. 액정층은 기판들 사이에 제공된다. 하부 기판은 영역 A 및 C 내에서 저 프리틸트를 가져서, 액정층 양단에 전압이 인가되지 않을 때 이 영역 내에서의 H-상태가 안정하게 한다. 영역 B는 하부 기판 상에서 고 프리틸트를 가져서, 0V 전압이 인가될 때 영역 B 내에서의 HAN 상태가 안정하게 한다. 액정층 양단에 전압이 인가되면, HAN 상태와 H 상태 사이의 경계에 V 상태가 형성된다. 이러한 V 상태는 영역 A 및 C 내에서 H 상태의 위치를 변경시킨다. 고 프리틸트 영역인 영역 B는 응집 영역의 역할을 한다. 응집 영역이 제공되지 않는 경우, V 상태는 더 낮은 인가 전압에서 형성된다.

Description

액정 표시 장치와 이의 제조 방법, 및 기판과 이의 제조 방법{A LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND A METHOD OF MANUFACTURE THEREOF, AND A SUBSTRATE AND A METHOD OF MANUFACTURE THEREOF}

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 파이셀 장치 또는 스플레이-벤드 장치(SBD)와 같은 표면 모드 LCD에 관한 것이다. 또한 본 출원은 이들 장치의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 또한 고 프리틸트의 한 영역과 저 프리틸트의 다른 영역을 갖고 있는 기판과 이의 제조 방법에 관한 것이다.

여기서 사용되는 용어 "표면 모드 LCD"은 액정층 양단의 전계를 변화시킴으로써 발생된 광변화가 액정의 표면층에서 주로 발생하는 LCD를 의미한다. 표면 모드 LCD의 예로서는 파이셀 장치 및 스플레이-벤드 장치가 있으며, 다른 유형의 표면 모드 LCD도 공지되어 있다. 표면 모드 LCD는 "Sov.J.QE", 1973, Vol3,p78-79에 기술되어 있다.

파이셀 (이는 "광보상 복굴절 장치" 또는 OCB라 알려져 있음) 은 "Mol.Cryst.Liq.Cryst.", 1984, Vol 113,p329-339, 및 미국 특허 4,635,051에 기술되어 있다. 파이셀의 구조는 도 1에 개략적으로 도시되어 있다. 이 장치는 정렬층(2, 2')이 배치되어 있는 투명 기판(1, 1')을 포함한다. 네마틱 액정(3)의 층은 기판(1, 1')들 사이에 배치되어 있다.

정렬층(2, 2')은 이들 정렬층과 액정층(2)의 경계에서 액정층(2)내의 액정 분자들의 정렬이 평행하게 되도록 해준다. 이는 평행하게 러빙된(parallel-rubbed) 폴리이미드 정렬층을 이용하여 성취할 수 있다.

어드레싱 전극 (도시되지 않음)은 전계가 액정층의 선택된 영역들에 인가될 수 있게 기판(1, 1')상에 제공된다. 액정층(3)은 선형 편광기(4, 4')사이에 배치되고, 그의 전송 축들은 서로 교차하며 액정층의 광축에 대해 45。이다.

광축이 액정층의 광축에 평행한 리타더(retarder)(5)는 액정층의 지연 보상을 위해 선택적으로 제공할 수 있다. 리타더는 미소전압에서 LCD의 제로 지연이 성취될 수 있게 요구되는 동작 전압의 범위를 낮추어준다.

파이셀 장치의 동작 원리는 도 2a 내지 2c에 도시되어 있다.

전계가 액정층의 양단에 인가되지 않을 때, 액정은 H-상태(균질 상태)에 있으며, 이때 액정층의 중앙에 있는 액정 분자들은 실질적으로 분자들에 평행하다. 이는 도 2a에 도시되어 있다. 이 도면들에서 짧은 선은 액정 분자들의 디렉터를 나타낸다.

임계값 보다 큰 전계가 액정층 양단에 인가될 때, 액정 분자들은 V-상태(또는 벤드 상태)를 취한다. 이 상태에서, 액정층의 중앙에 있는 액정 분자들은 기판에 거의 수직한 상태로된다. 도 2b는 액정층 양단의 낮은 인가 전압에서 나타나는 제1 V-상태를 보여주며, 도 2c는 고전압이 액정층 양단에 인가될 때 나타나는 제2 V-상태를 보여준다. 파이셀은 액정층을 제1 저전압 V-상태와 제2 고전압 V-상태간에 스위칭함으로써 동작된다.

액정층 양단의 전계가 임계값 아래로 낮아진다면, 액정층은 도 2a의 H-상태로 완화될 것이다. 이 장치의 동작을 재개시키기 위해서는 액정층이 다시 V-상태로 되게 하여야한다. 이는 일반적으로, 액정층의 저 프리틸트 때문에 높은 인가 전압을 요한다. 이 프리틸트는 일반적으로 45。 아래이고, 두개의 V-상태 사이에서 충분한 광변조와 빠른 스위칭 (예를들어, 대략 1 밀리세컨드 이하)이 제공되도록하기 위한 경우는 통상 2。와 10。 사이이다.

OCB 장치가 갖고 있는 하나의 문제점은 H-상태와 기하학적으로 구분되는 V-상태를 응집하고 안정시키는데 있어서의 어려움이다. 한 종래의 기술은 영국 특허 출원9521043.1에 기술되어 있다. 이러한 종래의 기술에 있어서, V-상태는 고정압이 인가되는 상태에서 응집되고 고전압이 인가되는 동안 네트워크의 중합에 의해 안정된다. 그러나, 이러한 종래의 기술은 TFT 패널에 요구되는 크기의 전압을 인가하기가 어렵기 때문에 액티브 매트릭스 장치에 이용하기가 적합치않다. 부가적인 단점은 인-시튜 중합이 액정층의 이온 오염을 유도할 수 있어 그결과 이미지 스틱킹(sticking)이 발생된다는 것이다.

또한, 표면 모드 장치인 SBD 장치는 영국 특허 출원 번호 9712378.0에 기술되어 있다. SBD 장치의 구조는, SBD 장치내의 정렬층들의 프리틸트가 높은 반면 파이셀내의 정렬층들의 프리틸트는 낮다는 것을 제외하고는 파이셀의 구조와 유사하다. SBD 장치는 네가티브 유전체 이방성을 갖는 액정 재료를 이용하는 반면 파이셀은 포지티브 유전체 이방성을 갖는 액정 재료를 이용한다.

SBD 동작의 원리는 도 3a 내지 3c에 도시되어 있다. 액정층 양단에 전압이 인가되지 않을 때, 도 3a에 도시된 바와 같이 V-상태는 안정하다. 임계값 보다 큰 전압이 액정층 양단에 인가되면, H-상태가 안정된다. 도 3b는 액정층 양단에 저전압이 인가되었을 때 나타나는 제1 H-상태를 나타내고, 도 3c는 액정층 양단에 고전압이 인가되었을 때 나타나는 제2 H-상태를 나타낸다. 동작시에, 이 장치는 도 3b의 저전압 H-상태와 도 3c의 고전압 H-상태 사이에서 스위치된다. 액정층 양단의 전계가 임계값 아래로 감소되면, 액정은 V-상태로 완화되므로 동작이 재개될 수 있기 전에 액정을 다시 H-상태로 되게 할 필요가 있다.

SBD 용으로 요구되는 높은 프리틸트 정렬층들은 예를들어 영국 특허출원 번호 9704623.9에 기술되어 있는 바와 같이 리액티브 메소겐(mesogens)들의 매트릭스의 광-중합으로 생성할 수 있다.

SID 97 다이제스트, 페이지 739는 파이셀내의 V-상태의 응집을 촉진시키는 방법을 개시하고 있다. 20 V 정도의 전압이 액정층 양단에 인가되면 액정이 H-상태에서 V-상태로 스위치된다. 그러나, TFT(박막 트랜지스터) 기판에 이러한 크기의 전압을 제공하는 것은 곤란하다.

공개된 일본 특허출원 JP-A-9 90432(도시바)는 파이셀 패널 내에 응집 사이트가 제공됨을 기술하고 있다. 응집 사이트들은 파이셀 패널 내에 스페이서 볼들 또는 필러(spacer balls or pillars)를 포함시키고 전계가 패널 양단에 인가되는 동안 등방성 상을 네마틱 상으로 냉각시키므로써 제공된다. 이 결과 스페이서 볼/필러들중 몇몇이 V-상태를 H-상태로 성장시키기 위한 응집 사이트로서 작용한다. 이러한 종래의 기술은 다수의 단점을 갖고 있다. 이들 단점으로는, 첫째, 전계가 인가된 상태에서 액정 분자를 배열해야할 필요가 있기 때문에 패널을 제조하는 동안 부가적인 공정 단계들이 요구된다는 것이다. 이들 부가적인 공정 단계는 패널의 제조를 복잡하게 한다. 둘째로, 몇몇 스페이서 볼들/필러들은 H-상태를 V-상태로 만들 수 있어 패널의 동작 상태가 불안정해진다는 것이다.

공개된 일본 특허출원 JP-A-9 218411은 인가 전계의 부재시 구형 입자의 형태로 스페이서들이 존재하기 때문에 안정되어 있는 벤드 정렬 상태를 취하고 있는 LCD를 기술하고 있다. 이들 스페이서들은 정렬층들에 인접한 액정 분자들이 주로 정렬층들에 평행하게 배열되게 해주는 표면 에너지를 가지고 있다. 그러나, 이 기술을 실제로 적용하기 위해서는 LCD 장치의 초기 정렬 동안 전계가 인가되야만한다. 또한, 입자들을 픽셀 개구 바깥에 존재하도록 위치 조정할 수 없으므로 디스플레이의 콘트라스트 비가 입자들의 존재에 의해 감소된다.

미와 등에 의한 IDW 97-Digest p-739는 파이셀에서 V-상태의 안정을 유지하는 방법을 기술하고 있다. 이 방법에서는 재설정 기간이 각 프레임마다 제공되어 있어, 이 기간내에 고전압 V-상태가 어드레스된다. 이는 낮은 구동 전압이 인가될 때 액정층이 H-상태로 완화되는 것을 방지해준다. 그러나, 이는 H-상태로 부터 V-상태의 초기 응집을 어드레스하지 못한다.

US 특허 4 400 060은 액정이 H-상태와 V-상태 사이에서 스위치되어 광 변조가 얻어지는, 즉 각 픽셀의 광 상태가 V-상태 또는 H-상태에 있음으로써 정의되는 액정 셀을 개시하고 있다. 액정층내에 한정된 픽셀들은 픽셀을 인접 픽셀로 부터 완전히 분리하는 중립 절연 영역에 의해 서로 분리된다. 이 절연 영역은 한 픽셀이 인접 픽셀로 드리프트되어 인접 픽셀의 부주의한 스위칭을 유발하는 한 픽셀의 경계에서의 일탈을 방지해준다. 이들 절연 영역들은 하나의 정렬 막의 프리틸트를 가변시키므로써 정의된다. 이는 각 픽셀의 전체 주변 또는 경계를 따라서 핀 일탈(pinned declination)을 유발한다.

US 특허 5 781 262는 가시각 특성을 향상시키기 위하여 각 픽셀내의 액정층이 서로 다른 정렬의 영역들을 갖고 있는 LCD를 만드는 기술을 개시하고 있다. 폴리이미드 정렬막은 제1 러빙 단계에서 러빙 처리되고, 이후에 막의 선택된 부분들이 마스크된다. 마스크되지 않은 부분들은 제2 러빙 단계에서 반대 방향으로 러빙 처리된다. 이 기술에 따르면 매우 저 프리틸트 각을 제공하는 정렬층이 제공된다.

US 특허 5 757 454는 또한 픽셀 영역들이 서로 다른 정렬을 갖고 있는 LCD를 제조하는 기술을 개시하고 있다. 이 기술에서는, 정렬층이 초기에 제1 방향으로 러빙되고 선택된 부분들이 마스크된다. 이후 마스크되지 않은 부분들은 다른 방향(제1 방향과 반대가 아님)으로 러빙되어 서로 다른 영역 정렬들이 정의된다. 이 결과, 정렬층의 서로 다른 부분들이 서로 다른 프리틸트 방향을 갖는다.

본 발명의 제1 양태는 제1 및 제2 기판 사이에 배치된 액정층; 및 이 액정층 양단에 전압을 인가하는 수단을 포함하며, 이 액정층 양단에 전압이 인가되지 않을 때는 제1 액정층 상태가 이 액정층 내에 정의된 제1 부피에서는 안정 상태에 있고 제2 액정층 상태는 이 액정층 내에 정의된 제2 부피에서 안정 상태에 있으며, 임계 전압 보다 큰 전압이 이 액정층 양단에 인가되면, 제3 액정층 상태가 제2 액정 부피에서 안정 상태가 되나, 제1 액정 부피에 대응하는 제1 기판의 영역이 제2 액정 부피에 대응하는 제1 기판의 영역을 포함하지 않는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치를 제공한다.

제1 액정 부피는 응집 영역으로서 작용하고 제2 액정 부피가 제3 액정 상태로 변화되는 것을 촉진시킨다. 응집 영역이 제공되지 않으면 저 인가 전압은 제2 액정량을 제3 액정 상태로 주입하는데 필요하다.

제3 안정 상태는 제1 안정 상태와 동일 상태일 수 있다. 제1 액정 상태는 임계 전압보다 더 큰 전압이 액정층 양단에 인가될 때 액정층에 규정된 제1의 양으로 여전히 안정할 수 있다.

제1 안정 상태는 HAN-상태일 수 있고, 제2 안정 상태는 H-상태일 수 있으며, 제3 안정 상태는 V-상태일 수 있다. 선택적으로, 제1 안정 상태는 V-상태일 수 있고, 제2 안정 상태는 H-상태일 수 있으며, 제3 안정 상태는 V-상태일 수 있다. 장치는 파이셀(pi-cell)일 수 있다.

제1 안정 상태는 HAN-상태일 수 있고, 제2 안정 상태는 V-상태일 수 있으며, 제3 안정 상태는 H-상태일 수 있다. 선택적으로, 제1 안정 상태는 H-상태일 수 있고, 제2 안정 상태는 V-상태일 수 있다. 장치는 스플레이-밴드 장치(splay-bend device)일 수 있다.

제1 액정량에 대응하는 제1 기판 영역은 제2 액정량에 대응하는 제1 기판 영역과는 다른 프리틸트를 가질 수 있다. 제1 액정량에 대응하는 제2 기판 영역은 또한 제2 액정량에 대응하는 제2 기판 영역과는 다른 프리틸트를 가질 수 있다. 액정 영역에 제1 및 제2의 양을 규정하는 간단한 방법이 있다.

제1 액정량은 폴리머 매트릭스로 분산된 액정 물질을 포함할 수 있다. 이는 액정층의 제1 및 제2 량을 규정하는 대안적인 방법을 나타낸다.

제1 액정량에 대응하는 제1 기판 영역은 제2 액정량에 대응하는 제1 기판 영역으로 완전히 둘러싸일 수 있다.

본 발명의 제2 특징은 액정층을 갖는 액정 표시 장치를 제공하는 단계; 액정층 양단에 전압이 인가되지 않을 때, 제1 액정 상태가 액정층에 규정된 제1의 양으로 안정되고 제2 액정 상태가 액정층에 규정된 제2의 양으로 안정되도록 액정층에 제1 및 제2의 양을 규정하는 단계; 및 제3 액정 상태가 액정층에 규정된 제2의 양으로 안정되도록 액정층 양단에 전압을 인가하는 단계를 포함하여, 액정 표시 장치의 동작 방법을 제공한다.

제3 액정 상태는 제1 액정 상태와 동일 상태일 수 있다. 제1 액정 상태는 V-상태이고 제2 액정 상태는 H-상태일 수 있거나, 또는 제1 액정 상태가 H-상태이고 제2 액정 상태가 V-상태일 수 있다.

제1 액정 상태는 HAN-상태이고 제2 액정 상태는 H-상태이며 제3 액정 상태는 V-상태일 수 있거나, 또는 제1 액정 상태가 HAN-상태이고 제2 액정 상태는 V-상태이며 제3 액정 상태는 H-상태일 수 있다.

본 발명의 원리는 USP4,400,060과 완전히 다르다는 것을 알 수 있다. 이러한 선행 기술 자료에서, 전압이 인가되지 않을 때 스위치되지 않는 액정 영역은 '뉴트럴 고립 영역'이고, 이들이 액정층의 액티브 픽셀 영역을 완전히 둘러싸는 것은 필수적이다. 반대로, 본 발명에서, 제1 액정층 영역("응집 영역")은 제2 액정층 영역을 둘러싸는데 필요하지 않다. 실제로, 제1 액정 영역은 제2 액정 영역으로 완전히 둘러싸일 수 있다. US 4 400 060의 개시 자료와는 반대로, 본 발명은 제로 인가 전압에서 각 픽셀에 또는 근접하게 비-핀형 디스클리네이션(non-pinned disclination)이 나타난다. 전압의 인가시, 디스클리네이션은 픽셀 영역 전면에 걸쳐 이동하여 예를 들어 제로 전압 상태와 다른 V-상태 또는 H-상태인 하나의 규정 동작 상태를 초기화한다. 다음 각 픽셀의 광 변조 상태는 이러한 상태에 인가된 전압에 의해 규정된다.

본 발명에 따르면, OCB 장치 내에 하나 또는 그 이상의 V-상태 응집(nucleation)영역을 제작하는 것이 가능하다. 이러한 응집 영역을 제공함으로써 액정 영역의 나머지 부분이 비교적 낮은 인가 전압에 대하여 V-상태로 됨으로써, 장치가 TFT 패널과 호환을 이루게 된다. 이들 응집 영역은 액정층 위에서 정렬 조건을 변화시키는 것, 즉 표면 프리틸트를 변화시킴으로써 제공된다.

본 발명은 SBD와 같은 표면 모드 LCD의 다른 형태에 적용될 수 있다.

본 발명의 제3 특징은 기판을 제조하는 방법을 제공하는 것이며, 고프리틸트 정렬층을 제공하는 단계(a), 하나 혹은 그 이상의 선택된 정렬층의 영역을 러빙하여러빙된 영역의 프리틸트를 감소시키고, 적어도 선택되지 않은 정렬층의 영역을 러빙하지 않고 남겨두어 고 프리틸트를 유지하는 단계(b)를 포함한다.

본 발명은 하나 혹은 그 이상의 선택된 영역을 제외하고 정렬층을 마스킹하는 단계(c)를 더 포함할 수 있다. 이 단계(c)는 단계(b) 전에 행해진다.

러빙되지 않은 정렬층은 실질적으로 90°의 프리틸트를 가질 수 있다. 이것은 정렬층에 인접하게 배치된 액정층의 동형의 정렬층을 생성하게 한다. 또한, 러빙되지 않은 정렬층은 원추형 정렬 조건을 생성할 수 있다.

이 정렬층은 폴리머 정렬막일 수 있다.

본 발명의 제4 특징은 위에서 한정된 방법에 의해서 제조된 기판을 제공한다.

본 발명의 제5 특징은 위에서 한정된 기판을 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다. 이 장치는 패럴랙스 베리어(parallx barrier)일 수 있으며, 이것은 2 또는 그 이상의 액정 영역을 가진 HAN 장치일 수 있다.

도 1은 OCB 장치 (파이셀; pi-cell)의 개략 단면도.

도 2a 내지 2c는 OCB 장치의 작동 원리를 나타내는 도면.

도 3a 내지 3c는 SBD 장치의 작동 원리를 나타내는 도면.

도 4a는 본 발명의 제1 실시예의 개략 단면도.

도 4b는 본 발명의 제2 실시예의 개략 단면도.

도 5a(i) 내지 5a(iii)는 도 4a에 대응하는 개략 평면도.

도 5b(i) 내지 5b(iii)는 도 4b의 장치의 개략 평면도.

도 6a 내지 6f는 도 4a 및 5a에 도시된 장치를 제조하는 방법을 나타내는 도면.

도 7은 본 발명의 추가의 실시예의 개략 단면도.

도 8은 본 발명의 추가의 실시예의 개략 단면도.

도 9는 본 발명의 추가의 실시예의 개략 단면도.

도 10은 본 발명의 추가의 실시예의 개략 단면도.

도 11a는 종래의 HAN 액정 표시 장치의 개략 단면도.

도 11b는 종래의 다중 영역 HAN 액정 표시 장치의 개략 단면도.

도 11c는 본 발명의 실시예에 따른 다중 영역 HAN 액정 표시 장치의 개략 단면도.

도 11d는 본 발명의 실시예에 따른 다른 다중 영역 HAN 액정 표시 장치의 개략 단면도.

도 11e는 본 발명의 실시예에 따른 다른 다중 영역 HAN 액정 표시 장치의 개략 단면도.

도 12a는 본 발명의 실시예에 따른 패럴랙스 베리어(parallax barrier)의 개략 단면도.

도 12b는 본 발명의 실시예에 따른 다른 패럴랙스 베리어의 개략 단면도.

＜도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명＞

1, 11 : 상부 기판

1', 11' : 하부 기판

2, 2' : 정렬층

12, 12' : 폴리이미드층

13 : 포토레지스트층

이하 본 발명의 양호한 실시 형태를 첨부한 도면과 관련하여 설명한다.

도 4a에 본 발명의 제1 실시예가 도시되어 있다. 본 실시예는 OCB 장치, 또는 파이셀(pi-cell)이고, 상부 및 하부 기판(1, 1')을 포함하고 있으며, 상기 상부 및 하부 기판 각각에는 정렬층(2, 2')이 제공되어 있다. ITO 픽셀 전극(6)이 상부 기판(1) 상에 제공되며, 공통 ITO 전극(6')은 하부 기판(1') 상에 제공된다.

상부 정렬층(2)은 일정한 프리틸트(pre-tilt)를 갖는다. 그러나, 하부 정렬층(2')은 일정한 프리틸트를 갖지 않는다. 영역 A 및 C는 저 프리틸트(low pre-tilt)를 갖는 반면, 영역 B는 고 프리틸트(high pre-tilt)를 갖는다. 액정층(3) 양단에 전압이 인가되지 않으면, 영역 A 및 C에서는 H-상태가 안정하다. 그러나, 영역 B 내의 프리틸트 차이로 인하여, 제로 인가 전압에서 영역 B에서의 안정 상태는 H-상태가 아니다. 그 대신에, 안정 상태는 HAN-상태 (Hybrid Aligned Nematic state). 하부 정렬층(2')의 영역 A 및 C에 대한 적절한 프리틸트의 일례는 2°내지 10°이다. 하부 정렬층(2')의 영역 B를 위한 프리틸트는 적어도 45°이어야 하며, 바람직하게는 80°이상이어야 한다.

임계값 이상의 전기장이 도 4a의 액정 셀 양단에 인가되면, 영역 B의 HAN 상태와 영역 A와 C의 H 상태 사이의 계면에 V 상태가 형성될 것이다. 일단 V 상태가 이와 같이 응집(nucleated)되면, 이는 영역 A와 C에서 H 상태를 대체하도록 성장할 것이다. "응집" 영역인 영역 B의 제공으로, 상당히 낮은 임계 전기장에서, 즉 응집 영역이 제공되지 않는 것보다 상당히 낮은 인가 전압에서, 영역 A와 C 내에서 V 상태가 달성될 수 있게 된다. 종래의 파이셀을 스위칭하기 위한 임계 전압이 정상적으로 10V 이상인 것에 반하여, 본 발명에 따른 응집 영역의 제공은 임계 전압을 약 2.5V 정도로 감소시키는 것으로 밝혀졌다.

인가 전압이 도 4a의 액정층 양단에 인가되면, 액정 분자들은 약간 재정렬되자만, 영역 B는 HAN 상태로 유지될 것이다. 고인가 전압에서, 영역 B에 있는 대부분의 분자는 기판에 수직으로 정렬되고, 저 프리틸트 기판 (즉, 도 4a의 상부 기판)에 근접한 분자들만이 기판에 대해 수직으로 정렬되지 않을 것이다.

도 4b는 SBD 장치에 인가된 본 발명을 도시하기 위한 단면도이다. 도 4b의 SBD 장치는 다시 정렬층(2)이 제공된 상부 기판(1)을 구비한다. ITO 픽셀 전극(6)이 상부 기판(1) 상에 제공된다.

하부 기판(1')에는 ITO 공통 전극(6')과 정렬층(2')이 제공된다.

하부 정렬층(2')은 일정한 프리틸트를 가지지 않는다. 액정의 픽셀 영역에 실질적으로 대응하는 영역 A 및 C에서, 프리틸트는 높다 (적어도 45°, 바람직하게 80° 이상). 그러나, 영역 B에서 프리틸트는 예를 들어 2°- 10°로 낮다. 상부 정렬층(2)은 (적어도 45°, 바람직하게 80°이상의) 일정하고 고 프리틸트를 제공한다.

액정층 양단에 어떠한 전압도 인가되지 않는 경우, 영역 A와 C에서 안정한 액정 상태는 V 상태이다. 그러나, 영역 B 내에서의 하부 정렬막(2')의 상이한 프리틸트로 인해, V 상태는 영역 B에서 안정한 상태가 아니다. 그 대신에, HAN 상태가 영역 B에서 안정하다. 동작 전압이 액정층 양단에 인가되면, H 상태가 영역 B의 HAN 상태와 영역 A와 C의 V 상태 사이의 계면에 형성되어, 영역 A와 C에서의 V 상태를 대체한다. 그 다음, 장치는 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명된 바와 같이 동작된다. 하부 정렬막(2') 상에 저 프리틸트 영역을 제공한다는 것은, H 상태가 저 전기장에서, 즉 저 프리틸트 영역이 제공되지 않는 것보다 낮은 인가 전압에서 응집된다는 것을 의미한다. 이로 인해, H 상태를 응집시키기 위해 액정층 양단에 고전압을 인가할 필요성이 없게 된다.

전압이 액정층 양단에 인가되면 영역 B는 HAN 상태로 유지될 것이다. 그러나, 도 4a의 장치로서는, 전압이 인가됨에 따라 일부의 액정 분자가 재정렬될 것이다. 고 인가 전압에서, 영역 B의 액정 분자는 고 프리틸트 기판(즉, 도 4b의 하부 기판)에 근접한 분자를 제외하고 기판에 평행하게 정렬될 것이다.

본 발명은 도 4a 및 도 4b에 도시된 실시예에 제한되지 않는다. 일반적으로, 어떠한 전기장도 인가되지 않으면 적당한 응집 영역을 위한 기준은, 하나의 액정 상태는 액정층(응집 영역)의 제1 영역에서는 안정하고, 다른 액정 상태는 액정층의 제2 영역에서는 안정하다는 것이다. 응집 영역이 아닌 영역에서의 안정한 액정 상태는 소정의 동작 상태가 아니므로 "바람직한 안정 상태"라고 불리울 것이다.

임계 필드이상의 전기장이 액정층 양단에 인가되면, 응집 영역과 제2 영역 액정에서 그 초기 위치에서 제2 액정 영역으로 디스클리네이션(disclination)의 이동 결과, 제2 액정 영역에서 소정의 동작 상태가 얻어진다. 디스클리네이션의 이동으로, 제2 액정 영역에서의 바람직하지 않은 안정 상태가 소정의 동작 상태에 의해 교체되게 된다. 일단 소정의 동작 상태가 제2 액정 영역에서의 바람직하지 않은 안정 상태를 완전히 교체하였다면, 디스클리네이션이 소멸되고, 이는 소정의 동작 상태를 더욱 안정시킨다. 전기장이 임계 필드 이상으로 유지되는 한 소정의 동작 상태가 제2 액정 영역에서 안정 상태를 유지할 것이다.

파이셀의 예인 경우, 액화 영역은 그 체적의 일부 지점에 기판에 실질적으로 수직인 디렉터(director) 구성을 가져야만 한다. SBD 장치의 경우, 응집 영역은 그 체적의 일부 지점에 기판에 실질적으로 수직인 디렉터 구성을 포함하여야 한다. 이와 같은 디렉터 구성은 응집 영역과, 액정층의 제2 영역 간에 제로 인가된 전기장dm로 디스클리네이션을 수립할 것이다.

본 발명의 액정 셀을 스위치하는데 필요한 임계 전기장의 감소는, 액정층 양단에 어떠한 전기장이 인가되지 않더라도, 디스클리네이션이 응집 영역과 제2 액정 영역 간의 경계에 존재하기 때문에 발생한다. 전기장이 인가되면, 디스클리네이션의 이동을 개시하고 유지하여야만 한다. 이와 대조적으로, 응집 영역을 갖지 않는 종래 기술의 액정 셀에서는, 인가된 전기장이 디스클리네이션을 일단 발생할 필요가 있고, 이는 큰 전기장을 필요로 한다.

전기장이 인가되면 응집 영역에서는 제로 인가 전기장인 액정층의 응집 영역에서 안정한 상태가 안정하게 유지될 것이다. 예를 들어 도 4a의 실시예에서, 응집 영역에서의 안정 상태는 항상 HAN 상태이다. 그러나, 인가된 전기장은 응집 영역에서의 액정 분자의 디렉터를 변경할 수 있다.

응집 영역이 액정층의 전체 두께에 걸쳐 연장할 필요는 없다. 대신에, 예를 들어, 도 4a의 응집 영역은 액정층의 전체 두께에 걸쳐 연장하지 않는 것으로 간주될 수 있다. 패터닝되지 않은(즉, 상부) 기판(1) 근처의 액정 분자의 디렉터가 기판에 실질적으로 평행해서 영역 B의 상부 기판 근처의 액정은 응집 영역으로서 작용하지 않는다.

도 5a는 어떠한 전압도 액정층 양단에 인가되지 않을 때 도 4a의 HAN 상태 영역과 H 상태 영역의 몇가지 가능한 배열을 도시하는 평면도이다. 도 5a(i)에서, 빗금친 H 상태 영역은 픽셀 영역에 대응하고, HAN 상태 영역은 도 5a(i)에서 수직으로 연장하는 것으로 도시된 픽셀간 영역이다. 도 5a(i)에서 수평으로 연장하는 픽셀간 영역은 H 상태 영역이다.

도 5a(ii)에 도시된 배열은, 수직으로 연장하는 픽셀간 영역이 H 상태 영역이고, HAN 영역(7,7')이 수평으로 연장하는 픽셀간 영역을 점유한다는 것을 제외하고는 도 5a(i)에 도시된 것과 유사하다.

도 5a(iii)에서, 픽셀간 영역의 대부분의 영역은 H 상태이다. HAN 상태 영역은 하나의 영역이 픽셀의 각 구석에 위치된 네 개의 작은 영역(9)에 국한된다. 만일 본 실시예가 사용되면, 300 ㎛ x 300 ㎛픽셀 크기에 30 ㎛ x 30 ㎛ HAN 상태 영역이 적합한 것으로 밝혀졌다.

도 5b는 도 5a에 대응하지만, 도 4b의 SBD 장치에 관련되어 있다.

지금부터 본 발명에 따른 장치를 제조하는 한 가지 방법이 도 6a 내지 도 6f를 참조하여 기술될 것이다. 이 방법에서, 하부 정렬막은 니산 케미컬 인더스트리의 폴리이미드 RN-715(0621형)으로 만들어진다. 이 재료의 러빙되지 않은 층은 90°프리틸트를 제공하는 한편, 러빙은 프리틸트를 감소시킨다. 러빙 조건에 따라, 프리틸트는 4°로 감소될 수 있다. NMP에서 1:3의 비율로 용해된 RN 715 폴리이미드층(12)을 ITO층(6')으로 피복된 깨끗한 유리 기판(1') 상에 스핀한다. 폴리이미드를 30초 동안 5 krpm으로 기판에 대해 스핀하고, 그후 폴리이미드를 2분 동안 90℃로 가열한 다음, 한시간 동안 250℃로 경화시킨다. 이것이 도 6a에 도시된다.

다음에, 폴리이미드층(12)을, 340초 동안 4.5 krpm으로 포지티브 포토레지스트(Shipley, Europe Limited가 제조한 포토레지스트 Microposit S1805)층(13)으로 피복된 채 스핀시켜, 약 500㎚의 두께를 갖는 포토레지스트층을 제조한다. 다음에 포토레지스트층을 약 2분 동안 95℃에서 소프트 베이크하여 용제를 증발시킨다 (도 6b). 다음에 포토레지스트층(13)을, 포토레지스트층의 선택된 일부를 조사함으로써 패턴화시킨다. 조사 단계는 6.9㎽/㎠의 세기로 (365㎚의 피크 파장 길이를 갖는) UV 광에 3.5초 동안 노출시키는 것을 포함한다. 조사 단계는 마스크 정렬기의 하드 콘택트 모드에서 UV 크롬 포토 마스크를 통해 수행된다. 다음에 포토레지스트층을, 현상제 Microposit 351를 사용하여 1분 동안 현상시켜 UV 광에 노출된 영역으로부터 포토레지스트를 제거한다. 이로 인해, 포토레지스트에 형성된 포토마스크 패턴의 포지티브 재생이 남게 된다 (도 6c). 다음에 기판을 2분동안 탈이온 수에서 헹구어 노광된 포토레지스트를 완전히 제거한다.

0.3의 파일 변형으로 3krpm으로 회전하고 20㎜/s의 배송 속도로 회전하는 롤러 상에서 러빙 천(YA-20-R)으로 정렬층을 3회 러빙함으로써 마스크되지 않은 영역에 저 프리틸트의 평탄한 정렬을 유도한다 (도 6d).

다음에, 30초 동안 아세톤에 기판을 담근 후 질소 가스 스트림으로 건조시킴으로써 나머지 포토레지스트를 제거한다. 결과로 나타나는 정렬층은 (러빙되지 않은 영역에 대응하는) 고 프리틸트 영역과, (러빙된 영역에 대응하는) 저 프리틸트를 갖는 영역을 포함한다.

제2 기판은, ITO 픽셀 전극(도 6f에 도시되지 않음)을 구비한 유리 기판(1) 상에 RN-715 폴리이미드층(2)을 배치함으로써 만들어진다. 폴리이미드층을 균일하게 러빙하여 정렬층 양단에 패터닝되지 않은 균일한 저 프리틸트를 제공한다. 다음에 이 기판이 도 6e의 기판과 결합되어 도 6f에 도시된 바와 같이 5㎛ 셀 갭의 평행한 액정 셀을 제조한다.

셀을 MLC6000-100 네마틱 액정 셀(Merck 제공)로 채운다. 액정층 양단에 어떠한 전압도 인가하지 않으면, 셀은 HAN 상태 영역으로 구분된 H 상태 영역으로 구성된다. 액정층 양단에 약 2.5V의 전압을 인가하면, HAN 상태 영역과 H 상태 영역 간의 계면에 V 상태가 형성되어 H 상태를 교체하도록 성장한다.

대체 제조 방법에서, RN-715 폴리이미드(0621형)를 ITO층으로 코팅된 유리 기판에 대해 30초 동안 5krpm으로 스핀 희석시킨다. 다음에 폴리이미드를 5분 동안 90℃로 가열한 다음, 한 시간 동안 250℃로 경화시킨다.

다음에, 상술된 바와 같이 포지티브 포토레지스트를 선택적으로 조사, 현상 및 탈이온 수에서 행구어 폴리이미드층을 스핀 코팅한다.

다음에, 러빙 천(YA-20-R)으로 4회 정렬층을 러빙함으로써 마스크되지 않은 영역에 평탄한 정렬을 도입시킨다. 이와 같은 러빙은 3krpm으로 회전하는 50㎚ 직경 롤러 상에서 0.2의 파일 변형과 20㎜/s의 배송 속도로 수행된다.

다음에, 나머지 포토레지스트를 5초의 UV 플러드 노출에 의해 제거한다. 이는 마스크없이 마스크 정렬기를 사용하여, 6.9㎽/㎠의 세기와 365㎚ 파장으로 수행된다. 다음에 기판을 60초 동안 현상제 Microposit 351 CD31에 침전시킨다. 다음에 기판을 탈이온 수에서 2분 동안 헹군 다음, 질소 스트림으로 건조한다. 결과로 나타나는 패턴 정렬층은 14° 프리틸트를 갖는 평탄 영역에 의해 둘러싸인 동질 영역(homeotropic)을 포함한다.

이와 같은 공정은 기판을 아세톤에 침전시켜 포토레지스트를 제거하는 단계가 없다는 점에서 상기 서술된 공정과는 다르다. 이는, 아세톤에의 기판의 침전이 러빙된 폴리이미드의 프리틸트를 정밀하게 제어하는 것을 가능하게 하기 때문에 장점이 된다.

도 7은 본 발명에 따른 OCB 장치의 부수적인 실시예를 도시한다. 본 실시예는 도 4a의 실시예의 변형이다.

도 7에 도시된 장치에서, 상부 및 하부 정렬막(2, 2') 모두는 가변 프리틸트를 갖는다. 정렬막들이 영역 B에 고 프리틸트를 그리고 영역 A와 C에 저 프리틸트를 갖는다. 결국, 액정층 양단에 어떠한 전압이 인가되지 않더라도 V 상태가 영역 B에서 안정하다. 액정층 양단에 전압이 인가되면, 영역 B로부터 인접하는 영역 A와 C로 V 상태가 성장한다. 다음에 장치가 도 2b와 도 2c에 도시된 상태 간에 정상인 것으로 동작된다.

응집 영역 B에서의 프리틸트는, 응집 영역에서의 액정층의 적어도 일부가 그 디렉터가 기판에 대해 수직으로 정렬되도록 선정된다 (즉, 응집 영역은 동질 정렬의 체적을 포함함). 만일 기판에서의 프리틸트가 (90-θ)˚이면, 기판 모두 상에서 동일할 필요가 없으므로, 다른 기판에서의 프리틸트는 θ˚이상이어야 하고, 바람직하게 80˚이상이어야 한다. 프리틸트는 바람직하게 기판 모두 상에서 45˚이상이고, 바람직하게는 80˚이상이어야 한다. 이와 같은 프리틸트는 응집 영역 내의 액정의 체적 내에서 동질 정렬을 유도할 것이다. 영역 B 내의 프리틸트가 기판 모두에서 실질적으로 90˚인 것이 가능하고, 이는 영역 B 내의 액정층의 전체 두께에 걸쳐 동질 정렬을 유발할 것이다.

영역 A와 C에 대한 적당한 프리틸트는 2˚-10˚이다. 두 개 기판 상의 프리틸트는 동일할 필요는 없다. 두 개 기판 간의 프리틸트에서의 수용 가능한 편차는 프리틸트에 따른다. 예를 들어, 기판 상의 2˚프리틸트는 다른 기판 상의 프리틸트가 유효 동작을 달성하기 위해 약 1˚- 3˚ 범위에 있는 것을 필요로 한다. 그러나, 만일 하나의 기판이 영역 A와 C에서 20˚의 프리틸트를 갖는다면, 다른 기판은 약 15˚-25˚ 범위의 프리틸트를 가질 수 있다.

비록 도 7의 실시예가, 어떠한 전압도 인가되지 않을 때 V 상태가 안정한 응집 영역을 가지고 있지만, HAN 응집 영역을 제조하는 것도 가능하다.

도 8은 SBD 장치의 부수적인 실시예를 도시한다. 이는 전반적으로 도 7에 도시된 OCB에 대응한다.

도 8에 도시된 SBD 장치에서, 상부 및 하부 정렬층(2, 2') 모두는 영역 B에서 저 프리틸트를 그리고 영역 A와 C에서 고 프리틸트를 갖는다. 따라서, 액정층 양단에 어떠한 전압도 인가되지 않더라도 영역 B에서 H 상태가 안정하다. 제로 인가 전압인 영역 A와 C에서는 V 상태가 안정하다. 일단 액정층 양단에 보다 낮은 동작 전압이 인가되면, H 상태는 영역 B에서 영역 A와 C로 성장하고, 이때 장치는 도 3b와 도 3c에 도시된 상태 간에 정상적으로 동작될 수 있다. 종래 기술과는 대조적으로, H 상태를 응집시키기 위해 고전압을 인가할 필요가 없다.

만일 영역 B내의 하나의 기판에서의 프리틸트가 θ˚이면, 다른 기판에서의 프리틸트는 (90-θ˚)미만이어야 한다. 영역 B에서의 프리틸트는 바람직하게 기판 모두 상에서 45˚미만이어야 하고, 바람직하게는 10˚미만이다. 영역 A와 C를 위한 적합한 프리틸트는 80˚-89˚이다 (파이셀에서와 같이, 프리틸트는 두개 기판에서 동일할 필요는 없다).

도 7와 8에 도시된 장치는 도 6a 내지 도 6e를 참조하여 상기 기술된 방법에 의해 제조될 수 있다. 상부 및 하부 기판 모두에서의 정렬층은 고 프리틸트의 영역과 저 프리틸트의 영역을 생성하도록 선택적으로 러빙될 필요가 있을 것이다.

도 7에 도시된 장치의 변형이 도 9에 도시되어 있다. 도 9의 영역 A, B 및 C에서의 액정 분자의 정렬은 도 7의 그것들에 대응한다. 그러나, 기판 상의 가변 프리틸트는 정렬층을 선택적으로 러빙함으로써 만들어지지 않는다. 도 9에 도시된 장치에서, 고 프리틸트 영역은 정렬막(2,2') 상에 배치된 반응성 메소젠층(8,8')에 의해 만들어진다. 정렬막(2,2')은 상술한 바와 같이, 예를 들어 폴리이미드 기판을 균일하게 러빙함으로써 만들어진 저 프리틸트 정렬막이다.

도 9의 반응성 메소젠층(8,8')의 한가지 제조 방법은 저 프리틸트 러빙 폴리이미드 정렬막 상에 (Merck Limited가 제조한) 아크릴 반응성 메소젠 재료 RM257과 RM 305의 혼합물을 스핀하는 것이다. 다음에 반응성 메소젠 재료를 UV 광에 의해 경화시킨다. 반응성 메소젠층(8,8')은 현재 계류중인 UK 특허 출원 제9704623.9에 기술된 바와 같이, 80˚의 영역에서 고 프리틸트를 만들 것이다.

도 10은 반응성 메소젠층의 사용이 SBD 장치에 어떻게 적용되는 지를 도시한다. 도 10의 장치는, 고 프리틸트 영역이 균일한 저 프리틸트를 갖는 정렬층(2,2') 상에 반응성 메소젠층(8,8')을 배치함으로써 만들어진다는 점을 제외하고는, 도 8의 장치와 유사하다. 도 10에서, 반응성 메소젠층(8,8')은 픽셀 영역에 대응하는 액정 셀의 영역에 제공되는 반면에, 도 9의 장치에서 반응성 메소젠층은 픽셀간 영역에 제공된다.

상술된 실시예에서, 응집 영역은 픽셀간 갭에 놓인다. 그러나, 이는 본 발명의 필수적인 부분이 아니다. 따라서, 픽셀 영역 내에 응집 영역을 배치할 수도 있다.

도 6a 내지 도 6e에 도시된 방법은 저 프리틸트 영역과 고 프리틸트 영역을 갖는 정렬막을 제조할 것이다. 이와 같은 기판은 상기 도 4 내지 도 8에 도시된 장치와는 달리 응용될 수 있다. 예를 들어, 이와 같은 기판은 도 11c에 도시된 바와 같이 다중 영역 HAN 액정 장치를 제조하는 데 사용될 수 있다.

다중 영역 HAN LCD는 공지되어 있고, 종래 기술의 다중 영역 HAN LCD의 예가 도 11b에 도시되어 있다. 이는 상부 및 하부 기판(11,11') 간에 배치된 액정층(13)을 포함한다. 상부 기판(11)에는 전체 정렬막에 걸쳐 90˚의 균일한 프리틸트를 갖는 정렬층(도시되지 않음)이 제공되고, 이는 액정 분자의 동질 정렬을 만든다. 하부 기판(11')에는 균일한 프리틸트를 갖지 않는 정렬층 (도시되지 않음)이 제공된다. 비록 하부 기판(11') 상에 정렬막에 의해 제공된 프리틸트의 양이 원칙적으로 영역 A와 B에서의 그것과 동일하지만, 하부 기판(11') 근처의 액정 분자의 정렬 방향은 영역 A와 B 사이에서 다르다.

도 11b에 도시된 종래 기술의 다중 영역 HAN LCD는 도 11a에 도시된 바와 같이, 종래 기술의 단일 영역 HAN LCD와 비교하여 향상된 뷰잉 각 특성을 갖는다 (도 11a의 단일 영역 HAN LCD에서, 프리틸트의 양과 방향은 상부 기판(11) 상의 정렬막 전체에 걸쳐서는 물론 하부 기판(11') 상의 정렬막(도시되지 않음) 전체에 걸쳐 균일함). 그러나, 도 1b의 다중 영역 HAN을 제조하는 데 있어서의 실용적인 문제점이 존재한다.

만일 도 11b의 장치의 하부 기판 상의 정렬층이 러빙 처리에 의해 패터닝되면, 이때 다중 단계 러빙 처리가 사용될 것이다. 마지막으로, 전체 정렬막이 러빙되어 영역 B에 대한 프리틸트를 제공할 것이다. 다음에 영역 A를 마스크하여, 영역 A를 위한 소정의 프리틸트를 만드는 제2 러빙 단계가 수행될 것이다. 이와 같이, 영역 B에 대해 두가지 러빙 처리를 수행하는 반면, 2회 러빙된 영역에서보다는 단지 한번 러빙된 영역에서 프리틸트는 다르다는 것을 알 수 있다. 비록 프리틸트에서의 이와 같은 차이가 작을 수 있지만, 그럼에도 불구하고 장치를 정상 입사각으로 보았을 때에는 영역 A는 영역 B와는 광학적으로 다르게 보이게 될 것이다. 더우기, 두개 영역은 또한 예를 들어 스위칭 속도와 같은 서로 다른 동작 특성을 가질 수 있다.

도 11c는 본 발명의 실시예에 따른 다중 영역 HAN LCD를 도시한다. 이 장치에서, 상부 기판(11) 상의 정렬막(도시되지 않음)은 영역 A에서 90˚프리틸트를 갖지만, 영역 B에서는 저 프리틸트를 갖는다. 역으로, 기판(11') 상의 정렬막(도시되지 않음)은 영역 A에서는 저 프리틸트를 갖지만, 영역 B에서는 90˚프리틸트를 갖는다. 이것은 액정층(12)이 대칭 구조를 가져, 장치를 정상 입사각으로 보았을 때 영역 A와 B가 동일하게 보일 것이라는 것을 의미한다. 영역 A와 B는 또한 상호 동일한 동작 특성을 가질 것이다.

본 발명의 다른 중요한 장점은 상부 및 하부 기판 상의 정렬층들의 핀 (트랩) 이온들의 양이 유사하다는 데 있다. 이는 프리틸트가 동일한 방법으로 두개의 정렬층들을 가로지르기 때문이며, 또한 두개의 정렬층들에 동일한 처리 공정이 수행되기 때문이다. 이온을 고정하면 두개의 정렬막 사이가 평균 이하인 것을 제외시킴으로써, 장치의 동작 동안 화상이 들러붙는 것을 감소시킬 것이다.

본 발명의 또 다른 장점은 액정의 분극화(polarization)를 방지하는 데 있다. 네마틱 액정 재료의 가요 전기 효과(flexo-electric effect)는 만약 액정 재료가 도 11a 내지 11c에서 도시된 장치의 HAN 구성에서와 같이 스플레이(splay) 또는 휘어짐 변형된다면 분극화 Ps를 야기시킬 수 있다. 이러한 분극화는 도 11a 내지 11c에서 화살표로 나타낸다. 도 11b의 장치의 두 개 영역에서 유도된 분극은 셀을 통하여 축적되는 한편, 도 11c의 장치의 두 개 영역에서 유도된 분극은 액정층을 통한 방향으로 상호 거의 취소됨을 알 수 있다.

도 11d는 도 11c의 실시예의 변형이다. 도 11d의 장치의 영역 A는 도 11c의 실시예의 영역 A와 동일하다. 도 11d의 영역 B의 하부 기판 근처에 있는 프리틸트 (기판에 대해 법선인) 방향은 도 11c의 영역 B의 프리틸트 방향에 비해 반전된다. 그리하여, 도 11d의 장치에서 영역 B에서 상부 기판 근처에 있는 액정 분자는 영역 A의 하부 기판 근처에 있는 액정 분자들에 대략 병렬로 있다. 따라서 두개 영역의 분극 벡터는 반대 방향으로 정렬되므로써 결과적으로 전체 분극은 기본적으로 0 이다.

본 발명에 따르면 다중 영역 HAN LCD의 다른 실시예를 도 11e에서 도시한다. 이 장치는 도 11c의 장치와 유사하나, 4개의 액정 영역 A, B, C, 및 D을 갖는다. 상부 및 하부 정렬층(12, 12')은 저 프리틸트와 90°프리틸트 영역을 번갈아 포함한다. 기판은 상부 정렬층 상에 90°프리틸트 영역이 하부 정렬층 상의 저 프리틸트 영역에 직접 걸쳐 있고, 상부 정렬층 상에 저 프리틸트 영역들이 하부 정렬층 상의 90°프리틸트 영역에 걸쳐 직접 위치되도록 구성된다. 도 11e에 도시된 영역 A, B, C, D는 모두 안정된 HAN 액정 상태를 가지나, 영역 A 및 C에서의 HAN 상태는 영역 B 및 D에서의 HAN 상태에 비해 반전된다.

도 6a 내지 6e의 제조 방법은 계류중인 영국 특허 출원 번호 제9713985.1에 기술된 패럴랙스 배리어(parallax barrier)와 같은 패럴랙스 배리어용으로 적합한 액정 셀 구조의 제조에 적용될 수 있다. 이러한 구조의 예가 도 12a 및 12b에 도시되어 있다.

도 12a는 패럴랙스 배리어용으로 적합한 액정 셀 구조를 도시한다. 이것은 상부 및 하부 기판(21, 21') 사이에 배치된 액정층(23)을 포함한다. 각 기판은 정렬층(22, 22')을 구비한다. 도 11d의 장치로서, 각 정렬층은 저 프리틸트와 90°프리틸트 영역을 번갈아 생성하지만, 기판은 상부 정렬층 상의 90°플리-틸트 영역이 하부 정렬층 상의 90°프리틸트 영역에 직접 걸쳐 있고, 상부 정렬층 상의 저 프리틸트 영역들이 하부 정렬층 상의 저 프리틸트 영역에 직접 걸쳐 위치하도록 구성되어 있다.

액정 재료는 복굴절과 저 프리틸트 영역 B, D, F, H에서의 두께의 적(product)은 복굴절과 가시 스펙트럼의 중간 파장 (즉, 파장 500-600 ㎚)용의 반파장 판의 두께와의 곱과 동일하다.

도 12a의 액정 셀에 패럴랙스 배리어를 형성하기 위해서는 선형 분극기 사이, 및 선형 분극기에 병렬로 위치시킨다. 동질 영역 A, C, E, G, I는 어둡게 보일 것이고, 저 프리틸트 영역 B, D, F, H는 밝게 나타날 것이다. 당업자에게 공지된 바와 같이, 이러한 구조는 3D 오토스테레오스코픽 디스플레이 (autostereoscopic display)에서 패럴랙스 배리어로서 사용될 수 있다. 동질 영역 A, C, E, G, I 및 저 프리 틸트 영역 B, D, F, H는 디스플레이의 픽셀 크기 및 픽셀 간의 간격과 대응하여 선택될 수 있다.

높은 투과율을 위해서, 저 프리틸트 영역 내에서의 액정 분자의 정렬 방향은 편광기의 투과축에 대해 45°의 방위각을 가지는 것이 바람직하다. 그러나, 본 발명의 한 가지 이점은, 방위각이 정확하게 45°가 아닌 경우에도, 양호한 암 상태를 얻을 수 있다는 것이다. 예를 들어, 방위각이 30°였다면, 암 상태의 투과율은 변동되지 않는 반면, 명 상태의 투과율은 방위각 45°인 이상적인 경우의 값의 3/4로 감소될 것이다. 이러한 허용 오차는 오토스테레오스코프 디스플레이의 제조를 가능하게 하여, 패럴랙스 배리어와 하부 디스플레이 패널의 픽셀 사이에 양호한 정렬을 얻는 데 집중할 수 있다.

도 12b는 패럴랙스 배리어로서 사용되는 데 적합한 또 다른 액정 장치를 도시한다. 이것은 저 프리틸트 및 90°프리틸트의 교대 영역을 가지는 정렬층이 제공되어 있는 단일 기판(21')을 가진다. 포토폴리머화 가능한 액정 재료의 층(24)이 기판 상에 배치된다. 이것은 포토폴리머화되어, 액정 분자의 수직 정렬과 액정 분자의 수평 정렬의 교대 영역을 생성한다. 액정 분자의 수직 정렬 영역은 정렬층(22')의 90°프리틸트 영역 상에 정렬되고, 액정 분자의 수평 정렬 영역은 정렬층(22')의 저 프리틸트 영역 상에 정렬된다.

본 발명의 다른 실시예 (도시되지 않음)는, 예를 들어 도 4a 및 도 4b를 참조하여 상술한 것과 같은 응집 영역을 가지는 또 다른 액정 장치에 관한 것이다. 그러나, 본 실시예에서, 응집 영역은 적어도 하나의 정렬층의 프리틸트를 변화시킴으로써 제공되지 않는다. 대신에, 정렬층은 균일한 프리틸트를 가진다. 액정층의 작은 영역은 동작 상태 (즉, 파이셀에 대해서는 V 상태, SBD 장치에 대해서는 H 상태)가 되며, 액정층의 이러한 영역들은 폴리머화되어 동작 상태로 고정된다. 전술한 종래 기술에서와는 달리, 응집 영역만이 폴리머화되고, 액정층의 나머지 영역들은 폴리머화되지 않는다.

폴리머화는, 예를 들어 출원 계류 중인 영국 특허 출원 제9521043.1호에 개시된 방법으로 실행될 수 있다. 이 방법에서, 액정층은 액정 혼합물과 프리-폴리머와 혼합불이다. 액정층 양단에 전기장이 인가되어, 액정층을 미리 결정된 상태(파이셀에서 V 상태와 같이)로 만든다. 프리-폴리머의 선택된 영역이 예를 들어 UV선 조사에 의해 폴리머화되거나 크로스-링크되는 동안, 액정은 이 상태로 유지된다. 폴리머는 조사된 영역 내의 미리 결정된 액정 상태를 안정화하여, 전기장이 제거되는 경우에도 미리 결정된 영역이 미리 결정된 상태로 있게 한다. 조사되지 않은 영역은 영향을 받지 않는다. 전기장이 제거되면, 조사되지 않은 영역의 액정은 이완되어, 전기장이 없을 때 정상적으로 안정한 상태로 되돌아간다.

본 발명의 활성 매트릭스 파이셀에 적용되는 경우, 각각의 픽셀은 활성 영역 내의 응집 영역을 포함할 수 있다. 액정층 양단에 전압이 인가되지 않을 때, HAN 상태 또는 동질 상태는 응집 영역 내에서 안정하다.

각각의 픽셀의 3개의 서브 픽셀로 분할되는 풀칼라 장치에서, 각각의 서브 픽셀은 활성 영역 내의 응집 영역에 제공될 수 있다.

예를 들어, 도 11e 및 도 12a에 도시된 본 실시예에서, 하부 정렬막의 고 프리틸트 영역은 동질 정렬을 가진다 (즉, 90°의 프리틸트). 대안적으로, 이러한 영역은 고 프리틸트 원뿔형 정렬 조건을 가질 수 있다.

응집 영역의 제공으로, 상당히 낮은 임계 전기장에서, 즉 응집 영역이 제공되지 않는 것보다 상당히 낮은 인가 전압에서, V 상태가 달성될 수 있게 된다.

Claims

액정 표시 장치에 있어서,

제1 기판과 제2 기판간에 배치된 액정층, 및

상기 액정층 양단에 전압을 인가하기 위한 수단

을 포함하되,

상기 액정층 양단에 전압이 인가되지 않는 경우, 제1 액정 상태는 상기 액정층에 한정된 제1 부피에서 안정되며, 제2 액정 상태는 상기 액정층에 한정된 제2 부피에서 안정되고,

상기 액정층 양단에 임계 전압보다 큰 전압이 인가되는 경우, 제3 액정 상태는 상기 제2 액정 부피에서 안정하게 되며,

상기 제1 액정 부피에 대응하는 상기 제1 기판의 영역은 상기 제2 액정 부피에 대응하는 상기 제1 기판의 영역을 둘러싸지 않는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제3 액정 상태는 상기 제1 액정 상태와 동일한 유형인 액정 표시 장치.
제2항에 있어서, 상기 액정층의 양단에 임계 전압보다 큰 전압이 인가되는 경우, 상기 제1 액정 상태는 상기 액정층에 한정된 상기 제1 부피에서 안정하게 유지되는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 액정 상태는 HAN 상태이고, 상기 제2 액정 상태는 H 상태이며, 상기 제3 액정 상태는 V 상태인 액정 표시 장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 액정 상태는 V 상태이고, 상기 제2 액정 상태는 H 상태이며, 상기 제3 액정 상태는 V 상태인 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 장치는 파이셀(pi-cell)인 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 액정 상태는 HAN 상태이고, 상기 제2 액정 상태는 V 상태이며, 상기 제3 액정 상태는 H 상태인 액정 표시 장치.
제2항에 있어서, 상기 제1 액정 상태는 H 상태이며, 상기 제2 액정 상태는 V 상태인 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 장치는 스플레이 벤드(splay-bend) 장치인 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 액정 부피에 대응하는 상기 제1 기판의 영역은 상기 제2 액정 부피에 대응하는 상기 제1 기판의 영역과는 상이한 프리틸트(pre-tilt)를 가지는 액정 표시 장치.
제10항에 있어서, 상기 제1 액정 부피에 대응하는 상기 제2 기판의 영역은 상기 제2 액정 부피에 대응하는 상기 제2 기판의 영역과는 상이한 프리틸트를 가지는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 액정 부피는 폴리머 매트릭스로 분산된 액정 물질을 포함하는 액정 표시 장치.
제1항에 있어서, 상기 제1 액정 부피에 대응하는 상기 제1 기판의 영역은 상기 제2 액정 부피에 대응하는 상기 제1 기판의 영역에 의해 완전히 둘러싸이는 액정 표시 장치.
액정 표시 장치를 구동하는 방법에 있어서,

액정층을 구비한 액정 표시 장치를 제공하는 단계,

상기 액정층의 제1 부피 및 제2 부피를 한정하여, 상기 액정층의 양단에 전압이 인가되지 않는 경우, 제1 액정 상태는 상기 액정층에 한정된 상기 제1 부피에서 안정되게 하고 제2 액정 상태는 상기 액정층에 한정된 상기 제2 부피에서 안정되게 하는 단계, 및

상기 액정층의 양단에 전압을 인가하여, 제3 액정 상태가 상기 액정층에 규정된 상기 제2 부피에서 안정되게 하는 단계

를 포함하는 액정 표시 장치의 구동 방법.
제14항에 있어서, 상기 제3 액정 상태는 상기 제1 액정 상태와 동일한 유형인 액정 표시 장치의 구동 방법.
제15항에 있어서, 상기 제1 액정 상태는 V 상태이고, 상기 제2 액정 상태는 H 상태인 액정 표시 장치의 구동 방법.
제15항에 있어서, 상기 제1 액정 상태는 H 상태이고, 상기 제2 액정 상태는 V 상태인 액정 표시 장치의 구동 방법.
제14항에 있어서, 상기 제1 액정 상태는 HAN 상태이고, 상기 제2 액정 상태는 H 상태이며, 상기 제3 액정 상태는 V 상태인 액정 표시 장치의 구동 방법.
제14항에 있어서, 상기 제1 액정 상태는 HAN 상태이고, 상기 제2 액정 상태는 V 상태이며, 상기 제3 액정 상태는 H 상태인 액정 표시 장치의 구동 방법.
기판을 제조하는 방법에 있어서,

(a) 고 프리틸트 정렬층을 제공하는 단계, 및

(b) 상기 정렬층의 하나 이상의 선택된 영역을 러빙(rubbing)하여 상기 러빙된 영역의 프리틸트를 감소시키고, 상기 정렬층의 적어도 하나의 선택되지 않은 영역을 러빙되지 않은 채로 남겨두어 고 프리틸트를 유지하는 단계

를 포함하는 기판 제조 방법.
제20항에 있어서, (c) 상기 하나 이상의 선택된 영역 이외의 상기 정렬층을 마스크하는 단계를 더 포함하되,

상기 단계 (c)는 상기 단계 (b) 이전에 수행되는 기판 제조 방법.
제20항에 있어서, 상기 러빙되지 않은 정렬층은 실질적으로 90°의 프리틸트를 갖는 기판 제조 방법.
제20항에 있어서, 상기 러빙되지 않은 정렬층은 원뿔형 정렬 상태를 발생시키는 기판 제조 방법.
제20항에 있어서, 상기 정렬층은 폴리머 정렬막인 기판 제조 방법.
제20항에 따른 방법에 의해 제조되는 기판.
액정 표시 장치에 있어서, 제25항에 따른 기판을 더 포함하는 액정 표시 장치.
제26항에 있어서, 상기 장치는 패럴랙스 배리어(parallax barrier)인 액정 표시 장치.
제26항에 있어서, 상기 장치는 두 개 이상의 액정 영역(liquid crystal domains)을 갖는 HAN 장치인 액정 표시 장치.