KR20010015253A

KR20010015253A - 액정 장치

Info

Publication number: KR20010015253A
Application number: KR1020000039127A
Authority: KR
Inventors: 존 크리스토퍼 루딘
Original assignee: 파트릭 제이. 바렛트; 휴렛-팩커드 컴퍼니(델라웨어주법인)
Priority date: 1999-07-09
Filing date: 2000-07-08
Publication date: 2001-02-26
Also published as: US6522382B1; EP1067425A1; CN1280309A; KR100698445B1; DE69940106D1; CN1188737C; EP1067425B1; JP2001051289A

Abstract

액정 셀(100)은 2개의 기판(101 및 102)으로 경계된다. 2개의 기판 사이에 액정 층(103)이 있다. 하부 기판(101) 위에 제1 전극 구조(108)가 놓인다. 이 전극 구조 위에 절연성 물질인 일련의 리지(ridge)(104)가 놓여서, 모노 그레이팅 구조를 형성하여, 그 기판상에 평면의 동일 정렬을 촉진시킬 수 있다. 상기 리지 상에 제2 전극 구조(105, 106, 및 107)가 형성된다. 상기 제2 전극 구조는 서로 연결되며, 셀의 두께 디멘젼을 지나 상기 제1 전극 구조(108)와 떨어져서 배치된다-액정(103)이 상기 제1 전극 구조(108)로 확장할 때, 상기 제2 전극 구조(105, 106, 및 107)는 액정의 "벌크 영역"내에 위치하도록 고려될 수 있으며, 이 벌크 영역은 이러한 두께 디멘젼내에서의 액정에 의해 도달된 가장 먼 한계까지 경계됨-.

전극 간의 갭이 작기 때문에, 전극 사이에 중요한 자계를 제공하는 데에 작은 구동 전압만이 필요하며, 자계는 특히 효과적일 수 있는-표면 근처임- 영역에 위치한다. 전계 결과의 토폴로지에 상당한 제어로 만들어질 수 있어서, 종래의 구성에 비해 더 멀리 그리고 더 효과적인 스위칭을 할 수 있게 한다.

Description

액정 장치{LIQUID CRYSTAL DEVICE}

본 발명은 액정 장치에 관한 것이다.

액정 장치는 일반적으로, 셀 벽(wall)처럼 동작하는 기판들 사이에 놓여있는 액정 물질의 얇은 층을 포함한다. 벽상의 광학적으로 투명한 전극은 이 층에 전계가 인가되도록 하여서, 액정 분자(molecule)를 재정렬(re-alignment) 시킨다.

액정 장치의 많은 다른 모드들이 종래 기술에 공지되었다. 공지된 장치 유형의 예로는 트위스티드 네마틱(twisted nematic) 장치, 콜레스테릭(cholesteric) 위상 변화 장치, 다이나믹 스캐터링(dynamic scattering) 장치, 수퍼-트위스티드(super-twisted) 네마틱 장치, 및 표면 안정화 강유전체(ferroelectric) 장치이다. 이들 모든 장치 모드들에서, 장치의 내벽상에 표면을 제공하는 것은 잘 알려져 있으며, 장치는 표면에 아주 근접한 액정 유동체의 정렬을 제어할 것이다. 표면 또는 표면들은 셀내에서의 액정에 하나의 안정된 정렬만을 제공할 것이며, 이 경우에서의 장치를 "단 안정(monostable)"으로 부른다. 만일 2개 이상이 자계 없이(zero-field) 정렬될 수 있다면, 그 장치를 "다 안정(multistable)"으로 부른다. 일반적으로, 광학 성질이 두드러지게 상이한 2개의 안정된 정렬만을 얻을 때, 그 장치를 "쌍안정(bistable)"으로 부른다.

쌍안정 네마틱 장치의 종류는 "애저뮤썰(azimuthal)", "지니썰(zenithal)", 및 "트위스티드" 유형으로 세분화될 수 있다. "애저뮤썰" 유형에서, 안정 상태 간의 스위칭은 기판 평면내의 액정 벌크 디렉터(director)의 일반적 회전을 필요로 하는 반면, "지니썰" 유형에서 이러한 운동은 기판 표면에 직교하는 평면내에 있다. "트위스티드" 유형에서, 이러한 상태간의 운동은 기판에 직교하는 축에 대하여 장치를 통해, 네마틱 디렉터 트위스트 각도내에서의 현저한 변화만큼 특징된다.

액정 장치는 셀벽상의 전극 사이에 인가된 전계의 사용으로 재정렬될 수 있다. 포지티브(positive) 유전체 이방성을 갖는 액정에 대하여 그 결과는 전계와 평행하게 정렬되는 반면, 네거티브(negative) 유전체 이방성을 갖는 액정에 대해서 그 결과는 전계에 직교로 정렬된다.

쌍안정 및 다 안정 장치에 있어서, 핵심적인 논의 사항은 2개의 상이한 안정 상태 간의 스위칭을 들 수 있다-이것은 통제되지 않은 채 발생하는 것이 아니라, 확실하며 반복적이어야 하고, 저 전력만을 필요로해야 함-. 스위칭은 전극 사이의 전계를 통해 액정을 재정렬함으로써 달성된다. 표준 셀에서, 이러한 재정렬은 벌크 효과이며, 이 벌크 효과는 효율적으로 동작하기 위해 희망되는 것보다 더 높은 전계를 필요로 한다.

다른 접근들이 다루어져왔었다. "Development of Super-TFT LCDs with In Plane Switching Display Mode", IDRC 95, p707에서의 Ohta et al은 단일 기판상의 서로 맞물린 2개의 상이한 전극의 사용을 제안한다. 국제 특허 공개 번호 WO 81/01618은 하나의 자계 지오메트리(geometry) 이상을 획득하기 위해 단일 기판상에 상이한 전극의 사용을 제시한다. 이러한 접근들은 실제적인 응용에서 문제점을 가졌다. 전극 밀도는 평면-내(in-plane) 스위칭을 효과적으로 하기 위해 중요하지만, 마주보는 컨덕터 사이에 단락되는 경향으로 그 효과가 제한되는데, 그 이유는 이러한 단락은 관련된 픽셀 실패를 결과하기 때문이다.

셀 표면의 액정 정렬에 효과적이기 위한 다른 변형으로는 극미세 단위의 토포그래픽(topographic)의 특징을 도입하는 것이다. 단 안정 정렬(Physics Letter, Vol. 35, p1326, 1970에서의 Cheng, J., Boyd, G.D.에서 논의됨) 및 쌍안정 정렬(유럽 특허 공개 번호 0744041을 볼 것)은 이러한 접근 다음에 온다. 그레이팅(grating) 구조의 사용은 D.W. Berreman, Mol. Liq. Cryst. 23, pp215-231, 1973의 "The Alignment of Liquid Crystals by Grooved Surfaces"에 논의되었다. 이러한 토포그래픽(topographic) 특성의 사용은 표면의 액정의 정렬을 제어하게 한다. 최근 들어(Konovalov et al, Asia Display 98, p379), 자계 지오메트리상의 더 큰 범위의 표면에서의 유전체 효과는 수직 정렬 네마틱(Vertically Aligned Nematic; VAN) 모드를 일관되게 정렬하도록 사용되어 왔다.

종래의 구성에서, 주로 벌크에서 인가된 전계의 효과가 실현되며, 표면 근처의 또는 표면에서의 디렉터의 정렬을 변화시키기 위해 커다란 벌크 효과가 요구된다는 핵심적인 문제가 여전히 남아있다. 따라서, 셀에 이러한 높은 전계를 생성하기 위해서는 높은 전압이 요구되며, 스위칭 제어는 유용한 쪽으로 향상될 수 있다.

따라서, 본 발명은 액정 디스플레이 셀을 제공하는 것으로, 이 액정 디스플레이 셀은 두께 디멘젼을 갖는 액정 층 및 이 두께 디멘젼내에서 액정 층을 제한하는 제1 및 제2 리미트(limit)로 경계된 벌크 영역과, 액정 층내의 액정을 일정한 방향으로 향하게 하기 위해 배치된 제1 및 제2 전극 구조를 포함하며, 상기 제1 및 제2 전극 구조는 상기 두께 디멘젼내에서 서로 떨어져서 위치되며, 제1 및 제2 전극 구조 중의 적어도 하나는 벌크 영역내에 놓여있다.

이것은 많은 이점을 갖는다. 전극 간의 수직 갭이 작기 때문에, 전극 사이에 중요한 자계를 공급하는 데에 낮은 구동 전압이 필요하다(게다가, 바람직한 구조에서 전극을 서로 보호하기 위해 배리어층이 손쉽게 사용될 수 있음). 또한, 이 자계는 두드러지게 효과적일 수 있는 영역에 위치된다-표면에 인접함-. 전극은 단락될 위험없이 고해상도로 패터닝될 수 있다(수직 배치 때문임). 전계 결과의 토폴로지에는 상당한 제어가 수행될 수 있으며, 전계 결과의 토폴로지는 효과적인 스위칭을 위해 중요한 액정 디렉터(director)와 전계 방향(direction)과의 관계로서 중요한 의미를 가질 수 있다. 이러한 관계는 액정에 의해 실험된(experienced) 토크(torque)를 제공하며, 이들 토크가 (액정의 벌크에서보다는)표면 근처에 제공될 때, 토크는 더 빨리 동작하며 보다 효과적일 수 있다.

바람직하게는 제1 전극 구조는 벌크 영역에 근접하게 놓여지며, 제2 전극 구조는 벌크 영역내에 놓여진다. 특히, 실제적 배치로 제1 전극 구조는 제1 기판상에 형성되어 제1 기판과 벌크 영역 사이에 놓여지며, 제2 전극은 제1 기판상에 형성된 융기(raised) 구조로 형성되어 벌크 영역으로 확장되는 것이다. 이러한 융기 구조는 존재하는 극미세한 토포그래픽 구조가 그러하듯이 액정 정렬이라는 동일한 역할을 할 수 있다. 따라서, 융기 구조는 리지(ridge) 어레이일 수 있지만, 새롭고 유용한 다른 방법은 제1 전극 구조로 확장하는 구멍(hole)의 어레이에 의해 구멍이 난 층으로서 융기 구조를 제공하는 것이다.

또한, 상반되는 셀 표면상에 제3 전극 구조가, 더 나아가 제4 전극 구조가 존재할 수 있다-제3 및 제4 전극 구조는 제1 및 제2 전극 구조의 특성과 본질적으로 동일한 유형임-. 만일 제1, 제2, 제3, 및 제4 전극 구조가 있다면, 직교한 액정 정렬들은 2개의 표면에 부여될 수 있는 유용한 접근이 존재한다.

본 발명은 네마틱 액정에 대해 특히 유용하며, 셀내에서 액정 둘 다 전계 없이 단 안정 또는 쌍안정(지니썰 또는 애저뮤썰)의 정렬을 갖는다.

도 1은 표면 구조를 드러내기 위해 부분적으로 제거되어서 도시된 액정 장치에 대한 본 발명에 따른 액정 셀(cell)의 제1 실시예를 나타낸 도.

도 2a 및 2b는 다른 자계 조건하에서 도 1의 액정 셀내의 네마틱(nematic) 액정에 대한 디렉터 프로파일(director profile)을 나타낸 도.

도 3a 및 3b는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정 셀의 제조 단계를 나타낸 도.

도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 완성된 액정 셀을 나타낸 도.

도 5는 도 4의 액정 셀의 전도(transmission) 특성을 나타낸 도.

도 6은 본 발명의 제3 실시예에 따른 액정 셀에 대한 기판 표면을 나타낸 도.

도 7은 도 6의 구조로부터 결과된 전계 이방성(anisotropy)을 나타낸 도.

도 8은 본 발명의 제4 실시예에 따른 액정 셀을 나타낸 도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

100 : 액정 디스플레이 셀

101 및 102 : 기판

103 : 액정층

104 : 리지

108 : 제1 전극 구조

105, 106, 및 107 : 제2 전극 구조

302 : 절연성 배리어층

303 : 투명 중합 유전체 층

본 발명의 구체적 실시예는 예시의 방법으로 첨부하는 도면을 참조하여, 아래에 설명되어 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 디스플레이 셀(100)을 나타낸다. 셀(100)은 2개의 기판(101 및 102)에 의해 경계된다. 2개의 기판 사이에 액정 두께가 있다-이 액정 층(103)은 셀의 앞부분이 제거되어서, 2개의 기판(101 및 102)상의 구조를 드러냄-. 하부 기판(101)상에 제1 전극 구조(108)가 놓인다. 이 제1 전극 구조 위에 절연성 물질의 리지(104)가 일련하여 놓여져있다-이들 리지는 모노 그레이팅(monograting) 구조를 형성하여, Berreman(상기에 언급되었음)에서 논의된 바와 같이 이 기판상에 평면의 동일한 정렬을 촉진시킴-. 이들 리지상에 제2 전극 구조(105, 106, 및 107)가 형성된다. 따라서, 제2 전극 구조(서로 연결되어 있음)는 셀의 두께 디멘젼만큼 제1 전극 구조(108)와 떨어져서 배치된다-액정(103)이 제1 전극 구조(108)쪽으로 아래로 확장될 때, 제2 전극 구조(105, 106, 및 107)는 액정의 "벌크 영역"내에 놓여지도록 고려될 수 있으며, 액정은 이러한 두께 디멘젼내의 액정에 의해 도달되는 가장 먼 한도까지 경계될 수 있음-.

도 1에 나타난 셀은 제2 기판(102)상에서는 어떠한 모노 그레이팅 구조를 갖지 않으며, 이 제2 기판은 동일한 정렬 에이젼트(agent)(예를 들어, "Surface Induced Molecular Orientation of Liquid Crystals by Carboxatochromium Complexes", Masumoto et al, App.Phy. Lett., Vol. 27(5), 1 September 1975에 설명되었음)로 효과적으로 처리될 수 있어서, 혼합 정렬 네마틱(Hybrid Aligned Nematic; HAN) 구성을 형성할 수 있다. HAN 장치는 하나의 표면에서는 호메오트로픽(homeotropic)이지만, 다른 표면에서는 평면 방향의 어떠한 형태를 갖는다.

도 1에 도시된 구성에서, 액정 디렉터 프로파일에 의해 나타난 바와 같이, 전계 없이 릴렉스(relax) 상태인 액정 방향이 도 2a에 나타난다-그루브된 표면의 정렬은 그레이팅 구조에 의해 형성된 그루브로 정렬됨-. 그 방향은 모노 그레이팅(104)에 의해 주어진 평면 정렬에서 다른 표면(102)의 호메오트로픽 정렬로 변화한다. 그러나, 전압이 V₁≠V₂로 주어진다면,

여기서, V₁은 제2 전극(105, 106, 및 107)상의 전위이며, V₂는 제1 전극(108)상의 전위이고, 이들 전위는 액정을 재정렬하기에 충분하다고 할 때, 그 후 디렉터 파일은 편광(polarised light)의 광학 전송의 변화에 대해, 도 2b에 나타난 것에 변화를 줄 것이다. 이 전위가 인가될 때, 도 2a의 그루브-정렬 방향에서 그루브에 충분히 직교하는 액정 정렬의 새로운 방향으로의 자계-유도 변화가 존재한다.

이러한 유형의 셀 형성 방법의 예는 도 3a, 3b, 및 4를 참조하여 아래에 설명된다. 형성된 셀은 본 발명의 제2 실시예를 따르나, 기술에서의 숙련자에게 분명한 종류인 이러한 접근에 최소한의 변화를 주어, 여기서 설명된 다른 실시에의 셀을 달성하는 데 사용될 수 있다.

유리 기판(300)에 코팅된 인듐 틴 옥사이드(ITO)는 종래의 포토리소그래픽 방법에 의해 패터닝되어서, 거친 패턴을 갖는 유리 기판의 표면상에 전극(301)을 형성한다. 그 후, 이 기판의 전 표면은 절연성 배리어층(302)으로 코팅된다(302)(예를 들어, 15㎚의 SION을 화학적 증기 피착 코팅함). 이 위에 토포그래픽 액정 정렬 특성과 양립할 수 있는 두께의 투명 중합 유전체 층(303)으로 스핀-코팅된다(예를 들어, 0.5㎛의 두께를 제공하기 위해, 1시간 동안 235℃로 진공 상태로 Shipley P-150 Novolac 수지 열 처리를 함). 그 후, 투명한 도전층이 유전체 층(303) 상에 피착되며(예를 들어, 표준 이온 향상 증발(standard ion enhanced evapration) 또는 RF 스퍼터링(sputtering)에 의해 피착되며, 1시간동안 180℃로 질소로 어니얼링(annealed)된 40㎚의 ITO), 정규 포토리소그래픽 기술에 의해 패터닝되어-포지티브 포토레지스트 및 UV 마스크 패터닝-, 초미세 단위의 선 및 공간을 갖는 연결된(linked) 모노 그레이팅 패턴을 형성한다. 이렇게 패터닝된 층은 반작용 이온 에칭(Reactive Ion Etching; RIE)(CH₄/H₂반작용 가스 혼합)에 의해 에칭되어, 제2 셋트의 전극(304)을 형성한다. 제2 셋트의 전극(304)이 정의된 후, 잔여 포토레지스트를 제거할 필요가 있다. 이렇게 하여, 도 3a의 장치가 나타난다.

다음 단계에서는 전극(304) 패턴이 유전체 층(303)쪽의 아래로 에칭될 것이다. 보다 선택적인 이방성 RIE 공정(예를 들어, CHF₃/O₂반작용 가스 혼합)이 모든 노출된 유전체를 절연성 배리어층(302)쪽으로 아래로 에칭하는 데 사용된다. 따라서, 유전체층(303)은 전극(304)의 패턴 구조와 동일한 패턴 구조로 형성된다. 이 패턴 구조는 모노 그레이팅 구조로 설계되어서, 표면의 액정에 대해 안정된 정렬 구조를 정의한다. 충분히 처리된 제1 기판(300)을 갖는 이러한 관점에서의 구조가 도 3b에 나타난다.

이러한 구조를 사용하여 완성된 셀이 도 4에 도시되었다. 도 3b에서 처리된 기판(300)이 도 4의 기판(401)으로 사용되며, 이 기판(401)은 제1 전극 층(405) 및 제2 전극 층(406)을 갖는다. 맞은편 기판(402)은 평평한 유리로서, 크롬 복합 호메오트로픽 처리(상기의 Masumoto 참조로 설명되었음)로 처리된다. 기판(401 및 402)은 스페이서 비드(spacer bead)(403)에 의해 3-5㎛ 떨어져 있으며, E. Merch ZLI-2293과 같은 네마틱 액정은 셀을 채우는 데 사용되어서, 액정 층(404)을 공급한다. 액정은 계면 활성제로 유리하게 도핑되어서, 국제 특허 출원 공개 번호 WO 99/18474에 논의된 바와 같이 앵커링 에너지(anchoring energy)를 낮춘다.

도 4의 셀은 단 안정이다. 교차된 편광자(polariser) 사이에 장치가 위치될 때, 장치는 릴렉스 상태로 광을 전도하지 않으나(즉, 어떠한 전압도 인가되지 않은 상태), 도 5에 나타난 바와 같은 전도 특성으로, 전극(405 및 406) 사이에 전압이 인가될 때, 광을 전도할 것이다.

다른 패턴의 전극(그래서, 유전체 층임)으로, 다른 셀 유형을 형성할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예는 이러한 다른 셀 유형을 도시한다. 동일한 방법의 단계이나, 제2 전극(603)에 대해서는 상이한 마스크 패턴을 가진다면, 기판(601)은 이전 실시예처럼 제1 전극(602)이 충분히 제공되지만, 사각형 구멍(hole)의 규칙적인 어레이를 포함하는 제2 전극(603)(및 유전체 층)도 제공될 것이다. 이러한 홀의 어레이는 표면에서의 네마틱 액정에서 2개의 직교 방향을 안정화시킨다-즉, 쌍안정 구성임-.

이러한 유형의 구조를 갖는 전계 효과가 도 7에 도시된다. 도 7은 상부 전극에 사각형의 오목부(701)를 갖는 구조를 도시하는데, 상부 전극 아래에는 하부 전극이 있으며, 상부 전극과 하부 전극은 함께, 결과된 자계선(field line)(702)을 갖는다. 이 자계는 이방성이다. 오목부 내의 또는 오목부 둘레의 네마틱 액정에 대해, 이 자계는 오목부의 길이가 더 긴 부분에 직교하는 총 토크를 결과할 것이다. 이러한 자계는 따라서, 2개의 안정된 상태 사이의 네마틱 액정을 스위칭하는 데 사용될 수 있다.

도 7은 도 1에 나타난 바와 같이, HAN 장치에 사용될 수 있다. 그러나, 도 6에 나타난 바와 같은 구조를 사용한 바람직한 모든 장치와 제2 실시예에 따라서, 기판 둘 다 유사한 패턴으로 제공된다(그래서, 각 표면은 제2 전극을 갖는 2개의 전극을 가지며, 제2 전극은 사각형 오목부의 규칙적인 어레이로 구성됨). 그러나, 제2 기판은 제1 기판의 방향과 직교하는 방향으로 구성된다. 이러한 전체 셀 구성을 가지고, 애저뮤썰 쌍안정 네마틱 셀이 결과된다. 전극 전압을 적절히 선택함으로써, 이 장치에 대한 안정 상태 중의 하나로 스위칭이 달성될 수 있다-안정 상태는 서로 직교하며, 전체 액정 스택(stack)을 90도로 회전함으로 달성됨-.

본 발명의 제3 실시예는 도 8에 도시된다. 도 1의 구성이 2개의 기판(801 및 802)을 포함하며, 2개의 기판 중의 하나는 전극(808)과 그레이팅 구조(804)에 의해 수직으로 분리된 전극(805, 806, 및 807)으로 패터닝되고, 2개의 기판들 중의 다른 하나는 기판들 사이에 액정(803)을 가지며, 부가 전극(809)과 호메오트로픽 에이젼트(agent)를 가져서, 호메오트로픽 정렬을 촉진한다는 점에서 이 장치(800)와 도 1의 구성이 유사하다. 그러나, 이 경우에 그레이팅 구조(804)는 대칭이기보다는 비대칭이다. 이것은 유전체 층의 에칭을 변화시킴으로써 달성될 수 있다[제2 전극(805, 806, 및 807)의 형성 이후]-이러한 변화는 오프셋 각도(angle) RIE 공정을 사용함으로써, 실현될 수 있음(예를 들어, 공정 챔버(chamber)의 기판에 기울기를 줌(tilting))-. 그 결과는 예를 들어, 국제 특허 출원 공개 번호 WO97/14990에 도시된 바와 같이, 지니썰 쌍안정 네마틱 구조이다.

3개의 전극 사이의 적합한 전위 차이에 의해 2개의 안정 상태 간의 스위칭을 다시 달성할 수 있다. 2개의 안정 상태는 "호메오트로픽 상태 근처" 및 "넓혀진(splayed) HAN 상태"이다. "호메오트로픽 상태 근처"에서, 액정은 도시된 구성의 하부 표면에서 호메오트로픽(및 상부 표면에서 호메오트로픽)에 가까운 방향을 갖는다. "넓혀진 HAN 상태"에서, 액정은 평면형으로 정렬한다-격자 구조상의 총 기울기(tilt)는 액정을 하나의 바람직한 정렬(기울기가 없을 때, 2개의 다른 것 중의 하나의 바람직한 정렬이 이용가능할 것임)로 릴렉스하도록 함-. 만일 V1이 전극(805, 806, 및 807)상의 전압이며, V2는 카운터(counter) 전극(808)상의 전압이며, V3는 다른 기판의 부가 전극(809)상의 전압이라면, 호메오트로픽 상태 근처의 릴렉세이션(relaxation)은 다음과 같이 설정함으로써, 달성될 수 있다.

V2 ≠V3 (V1은 부동(floating)으로 둠)

그리고 넓혀진 HAN 상태로의 릴렉세이션은 다음과 같이 설정함으로써, 달성될 수 있다.

V1 ≠ V2 = V3

단, 각 경우에 충분한 전압이 사용된다고 가정한다. 그러나, 특히 넓혀진 HAN 상태로의 전이에 대해 이 경우의 "충분한 전압"은 종래의 구조에서의 전압보다 훨씬 작다.

본 발명에서 가리킨 방법 및 장치의 변형을 통해, 기술에서의 숙련자라면 이러한 임의의 유형들(단 안정 및 다 안정 네마틱) 또는 다른 유형들 중의 임의의 액정 셀을 실현하는 본 발명의 다른 실시예를 달성할 수 있다.

따라서, 본 발명은 액정 디스플레이 셀을 제공하는 것으로, 이 액정 디스플레이 셀은 두께 디멘젼을 갖는 액정 층 및 이 두께 디멘젼내에서 액정 층을 제한하는 제1 및 제2 리미트(limit)로 경계된 벌크 영역과, 액정 층내의 액정을 일정한 방향으로 향하게 하기 위해 배치된 제1 및 제2 전극 구조를 포함하며, 상기 제1 및 제2 전극 구조는 상기 두께 디멘젼내에서 서로 떨어져서 위치되며, 제1 및 제2 전극 구조 중의 적어도 하나는 벌크 영역내에 놓여 있어서, 많은 이점을 갖는다. 전극 간의 수직 갭이 작기 때문에, 전극 사이에 중요한 자계를 공급하는 데에 낮은 구동 전압이 필요하다(게다가, 바람직한 구조에서 전극을 서로 보호하기 위해 배리어층이 손쉽게 사용될 수 있음). 또한, 이 자계는 두드러지게 효과적일 수 있는 영역에 위치된다-표면에 인접함-. 전극은 단락될 위험없이 고해상도로 패터닝될 수 있다(수직 배치 때문임). 전계 결과의 토폴로지에는 상당한 제어가 수행될 수 있으며, 전계 결과의 토폴로지는 효과적인 스위칭을 위해 중요한 액정 디렉터(director)와 전계 방향(direction)과의 관계로서 중요한 의미를 가질 수 있다. 이러한 관계는 액정에 의해 실험된(experienced) 토크(torque)를 제공하며, 이들 토크가 (액정의 벌크에서보다는)표면 근처에 제공될 때, 토크는 더 빨리 동작하며 보다 효과적일 수 있다.

Claims

액정 디스플레이 셀에 있어서,

두께 디멘젼과 벌크 영역을 갖는 액정 층-상기 벌크 영역은 상기 두께 디멘젼에서의 상기 액정 층의 한계인 제1 및 제2 리미트로 한정됨-과,

상기 액정 층의 액정을 배향하기 위해 배치된 제1 및 제2 전극 구조를 포함하며,

상기 제1 및 제2 전극 구조는 상기 두께 디멘젼으로 서로에 대해 변위되어 배치되며, 상기 제1 및 제2 전극 구조 중의 적어도 하나는 상기 벌크 영역내에 위치하는 액정 디스플레이 셀.
제1항에 있어서, 상기 제1 전극 구조는 상기 벌크 영역 근처에 위치하며, 상기 제2 전극 구조는 상기 벌크 영역내에 위치하는 액정 디스플레이 셀.
제2항에 있어서, 상기 제1 전극 구조는 제1 기판상에 형성되어, 상기 제1 기판과 상기 벌크 영역 사이에 위치하고, 상기 제2 전극 구조는 상기 제1 기판상에 형성된 융기 구조상에 형성되어서 상기 벌크 영역으로 연장하는 액정 디스플레이 셀.
제3항에 있어서, 상기 융기 구조는 액정 정렬을 위한 토포그래픽 구조(topographical structure)인 액정 디스플레이 셀.
제4항에 있어서, 상기 융기 구조는 리지들(ridges)의 어레이를 포함하는 액정 디스플레이 셀.
제5항에 있어서, 상기 리지들의 어레이에서의 리지들 각각은 두께 디멘젼에 평행한 평면에 대해 비대칭이며 리지의 최상부(crest)를 포함하는 액정 디스플레이 셀.
제4항에 있어서, 상기 융기 구조는 천공 층으로 구성되고, 상기 천공 층은 상기 제1 전극 구조로 연장하는 구멍들의 어레이 의해 천공되어 있는 액정 디스플레이 셀.
제2항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 제1 전극 구조로부터 멀리 떨어진 액정 층 측상의 상기 벌크 영역에 근접하게 위치한 제3 전극 구조를 더 포함하는 액정 디스플레이 셀.
제8항에 있어서, 제4 전극 구조를 더 포함하며, 상기 제3 전극 구조는 제2 기판상에 형성되어, 상기 제2 기판과 상기 벌크 영역 사이에 위치하고, 또한 상기 제4 전극 구조는 제3 기판상에 형성된 융기 구조상에 형성되어서 상기 벌크 영역으로 연장하는 액정 디스플레이 셀.
제9항에 있어서, 상기 융기 구조는 또한, 액정 정렬을 위한 토포그래픽 구조인 액정 디스플레이 셀.
제10항에 있어서, 상기 융기 구조는 또한, 리지들의 어레이를 포함하는 액정 디스플레이 셀.
제11항에 있어서, 상기 리지들의 어레이에서의 리지들 각각은 상기 두께 디멘젼에 평행한 평면에 대해 비대칭이며 리지의 최상부를 포함하는 액정 디스플레이 셀.
제10항에 있어서, 상기 융기 구조는 천공 층을 포함하며, 상기 천공 층은 상기 제1 전극 구조로 연장하는 구멍들의 어레이에 의해 천공되어 있는 액정 디스플레이 셀.
제10항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 융기 구조는 상기 액정 정렬을 제1 정렬 방향으로 배치하도록 구성되며, 또한 상기 융기 구조는 상기 액정 정렬을 제2 정렬 방향으로 배치하도록 구성되고, 상기 제1 정렬 방향과 상기 제2 정렬 방향은 서로 직교하는 액정 디스플레이 셀.
제1항 내지 제14항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 액정 층의 액정은 네마틱 상(nematic phase)인 액정 디스플레이 셀.
제1항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 액정 정렬은 어떠한 전극들 사이에도 전계가 존재하지 않을 때, 단안정(monostable)한 액정 디스플레이 셀.
제1항 내지 제15항 중의 어느 한 항에 있어서, 상기 액정 정렬은 어떠한 전극들 사이에도 전계가 존재하지 않을 때, 다안정(multistable)한 액정 디스플레이 셀.
제17항에 있어서, 상기 액정 디스플레이 셀은 지니썰 쌍안정 네마틱형(zenithal bistable nematic type)인 액정 디스플레이 셀.
제17항에 있어서, 상기 액정 디스플레이 셀은 애지뮤썰 쌍안정 네마틱형(azimuthal bistable nematic type)인 액정 디스플레이 셀.
액정 디스플레이 기판의 제조 방법에 있어서,

상기 제1 전극 구조로 기판을 패터닝하는 단계와,

상기 패터닝된 기판상에 절연성 배리어 층을 피착하는 단계와,

상기 절연성 배리어 층상에 유전체 층을 피착하는 단계와,

상기 유전체 층상에 제2 전극 구조를 패터닝하는 단계와,

상기 제2 전극 구조를 마스크로 사용하여, 상기 유전체 층을 상기 절연성 배리어 층쪽으로 에칭하는 단계

를 포함하는 액정 디스플레이 기판의 제조 방법.
액정 디스플레이의 제조 방법에 있어서,

2개의 기판들을 제공하는 단계-상기 2개의 기판들 중 적어도 하나는 제20항의 방법에 따라 제조됨-, 및

상기 2개의 기판을 서로 이격시켜, 그 사이에 벌크 영역을 형성하고, 액정 물질로 상기 벌크 영역들을 채우는 단계

를 포함하는 액정 디스플레이의 제조 방법.