KR20010078377A - 액정 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

액정 표시 장치는, 제1 및 제2 기판 사이에 배치된 키랄 액정 재료의 층; 및 액정층 양단에 전압을 인가하기 위한 수단을 포함한다. 액정층의 제1 영역은 표시를 위한 활성 영역이고, 액정층의 제2 영역은 액정층 양단에 전압이 인가된 때에 제1 영역 내에 원하는 액정 상태를 생성시키기 위한 핵형성 영역이다. 액정 재료의 피치 p에 대한 액정층의 두께 d의 비는 액정층의 제1 영역에서 제1 값 (d/p)A를 갖고, 액정층의 제2 영역에서는 제1 값과 다른 제2 값 (d/p)N을 갖는다. 액정층의 제2 영역 내의 액정 재료의 피치 p에 대한 액정층의 두께 d의 비의 값 (d/p)N은, 액정층 양단에 전압이 인가된 때, 액정층의 제2 영역 내의 안정한 액정 상태가 원하는 액정 상태와 위상적으로 동등하도록 선택된다.

Description

액정 표시 장치{A LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 파이-셀 디바이스 또는 스프레이-밴드 디바이스(SBD)와 같은 표면 모드 LCD에 관한 것이다.
본 명세서에서 사용된 "표면 모드 LCD"란 용어는 액정층의 전계를 변동시킴으로서 야기되는 광학적 변화가 액정의 기판 근처에 있는 층에서 주로 발생하는 LCD를 의미한다. 표면 모드 LCD의 예로는 파이-셀 및 스프레이-밴드 디바이스가 있지만 다른 타입의 표면 모드 LCD도 있다. 표면 모드 LCD는 "Sov. J. QuantumElectronics", 1973, Vol 3, p78-79에 개시되어 있다.
파이-셀(광학적으로 보상된 복굴절 디바이스 또는 OCB로도 알려짐)은 "Mol. Cryst. Liq. Cryst.", 1984, Vol 113, p329-339 및 미국 특허 제4635051호에 개시되어 있다. 파이-셀의 구조는 도 1에 도시되어 있다. 이 디바이스는 투명 기판(1, 1')을 포함하며, 그 위에는 정렬층(2, 2')이 배치된다. 기판(1, 1') 사이에는 네마틱 액정층(3)이 배치된다.
정렬층(2, 2')은 정렬층(2, 2')과의 경계에 있는 액정층(3)내의 액정 분자를 평행 배향시킨다. 이는 평행하게 러빙된 폴리아미드 정렬층을 사용하여 이루어질 수 있다.
기판(1, 1')상에는 어드레싱 전극(도시안됨)이 제공되어, 액정층의 선택된 영역에 전계를 인가할 수 있다. 액정층(3)은 선형 편광판(4, 4') 사이에 배치되며, 편광판들은 그 투광축이 서로 교차되어 있고 액정층의 광축과 45°를 이룬다.
액정층의 광축과 직각인 광축을 갖는 지연판(5)가 선택적으로 제공되어 액정층의 지연을 보상한다. 지연판은 액정층 양단의 유한 전압에서 LCD의 제로 지연이 달성되게 함으로써 요구되는 동작 전압의 범위를 낮춰준다.
도 1은 투과형 LCD를 도시한다. 파이-셀은, 액정층 아래에 반사기를 제공하고 하부 전극상의 어드레싱 전극을 반사형 전극으로 만듬으로써, 반사형 디바이스로도 구현될 수 있다. 반사형 파이-셀에서는 하부 편광판(4')는 필요하지 않다.
파이-셀 디바이스의 동작 원리는 도 2a 내지 2d에 설명되어 있다.
액정층에 전계가 인가되지 않은 경우, 액정은 H-상태(균등 상태 또는 스프레이 상태)에 있고, 이 때에 액정층의 중앙에 있는 액정 분자는 사실상 기판과 평행하다. 이는 도 2a에 도시되어 있다. 도면에서 짧은 선은 액정 분자의 디렉터를 나타낸다.
임계값보다 큰 전계가 액정층에 인가되면, 액정 분자는 V-상태(또는 밴드 상태)를 갖는다. 이 상태에서는 액정층 중앙의 액정 분자는 사실상 기판과 직각을 이룬다. 도 2c는 액정층에 저 전압이 인가될 때 발생하는 제1 V-상태를 도시하고, 도 2d는 액정층에 고 전압이 인가될 때 발생하는 제2 V-상태를 도시한다. 파이-셀은 액정층을 제1 저전압 V-상태와 제2 고전압 V-상태 사이에서 스위칭시켜 동작된다.
액정층의 전계가 임계값 이하로 감소한다면, 액정층은 도 2a의 H-상태로 릴랙스되며, 디바이스의 동작 재개를 위해서는 액정층을 다시 V-상태로 만들어줄 필요가 있다. 이렇게 하려면 액정 분자의 프리-틸트가 낮기 때문에 큰 인가 전압이 요구된다. 프리-틸트는 충분한 광학적 변조를 제공하고 두 V-상태 간의 신속한 스위칭(예컨대 밀리초 이하 정도)을 제공하기 위해서 통상 45°이하이며 대체로 2 와 10°사이로 된다.
공지된 OCB 디바이스의 문제점은 H-상태와는 토폴로지적으로 상이한 V-상태를 핵형성 및 안정화하는 것이 어렵다는 점이다. 종래 기술의 한 가지는 영국 특허 출원 9521043.1/2 306 228에 개시되어 있다. 상기 종래 기술에서, V-상태는 고 전압 인가시 핵형성되며, 고 전압이 인가된 네트워크의 중합화(polymerization)에의해 안정화된다. 그러나 상기 종래 기술은, TFT 패널에서 요구되는 크기의 전압을 인가하는 것이 어렵기 때문에 활성 매트릭스 디바이스에서 사용하기에는 적합하지 않다. 또 다른 단점은 인-시튜 중합화는 액정층의 이온 오염을 야기하여 이미지 스티킹(image sticking)이 생긴다는 것이다.
표면 모드 디바이스인 SBD 디바이스는 영국 특허 출원 9712378.0/2 326 245에 개시되어 있다. SBD 디바이스의 구조는 대체로 파이-셀의 구조와 유사한데, SBD 디바이스의 정렬층이 높은 프리-틸트를 갖는 반면 파이-셀에서의 정렬층은 낮은 프리-틸트를 갖는다. SBD 디바이스는 네가티브 유전체 비등방성을 갖는 액정 물질을 사용하는 반면, 파이-셀은 포지티브 유전체 비등방성을 갖는 액정 물질을 사용한다.
SBD의 동작 원리는 파이-셀과 유사하다. SBD의 액정층에 전압이 인가되지 않는 경우, 안정한 액정 상태는 V-상태이다. 임계치보다 큰 전계가 액정층 양단에 인가될 때, H-상태는 안정적이 된다. SBD는 액정층을 가로지르는 저 인가 전압에서 일어날때의 제1 H-상태와 보다 높은 전압이 액정층 양단에 인가될 때 일어나는 제2 H-상태 사이로 액정층을 스위칭함에 의해 동작된다. 액정층을 가로지르는 전계가 임계값 이하로 감소되는경우, 액정은 V-상태로 릴랙스되며, 동작이 재시작되기 전에 액정을 H-상태로 되돌리는 것이 필요하게 된다.
SBD에 요구되는 높은 프리틸트 정렬층은 예컨대 반응성 메소겐의 혼합물의 광중합화에 의해 생성될 수 있다.
SID 97 Digest, 739 페이지에는 파이-셀(pi-cell)에서 V-상태의 핵형성을 증진하는 방법이 개시된다. 20V 정도의 전압은 액정층을 H-상태에서 V-상태로 스위칭하기 위하여 액정층 양단에 인가된다. 그러나, TFT(박막 트랜지스터) 기판에 이런 크기의 전압을 제공하는 것은 어렵다.
일본특허공개공보 9-90432(Toshiba)는 파이 셀 패널 내에 핵형성 사이트의 제공을 개시한다. 핵형성 사이트는 파이 셀 패널내에 스페이서 볼(spacer balls) 또는 필러(pillars)를 포함하며, 전계가 패널에 인가되는 동안 액정 물질을 이방성 상으로부터 네마틱 상으로 냉각함에 의해 제공된다. 이는 V-상태의 성장용 핵형성 사이트로서 작용하는 스페이서 볼/필러들중 몇몇이 H-상태로 존재하게 한다. 이런 종래 기술은 많은 단점을 가진다. 먼저, 인가된 전계의 영향하에서 액정 분자를 배향하는 것이 필요하기 때문에, 패널의 제조 동안 부가적인 프로세스 단계를 요구한다. 이런 부가적인 프로세스 단계들은 패널의 제조를 복잡하게 한다. 두번째는, 몇몇 스페이서 볼/필러가 소정 V-상태에서 형성되기 위하여 H-상태를 요구할 수 있어, 패널의 동작 상태를 불안정하게 한다.
미와(Miwa et al)는 IDW 97-Digest page 85에서 파이 셀에서의 V-상태의 안정성을 유지하는 방법을 개시한다. 리셋팅 주기는 각각의 프레임에 제공되며, 고전압 V-상태는 이런 주기에서 어드레싱된다. 이는 저 구동 전압이 인가될 때 액정층이 H-상태로 릴랙스되는 것을 방지한다. 이는 그러나 H-상태의 초기 핵형성을 지향하지 않는다.
미국특허 4 566 758호는 액정층이 키랄 도펀트를 포함하는 표면 모드 네마틱 액정 표시 장치를 개시한다. 액정층 양단에 어떠한 전압도 인가되지 않을 때, 액정은 H-상태보다는 오히려 트위스트 상태로 릴랙스된다. V-상태를 핵형성하는데 연관된 문제는 트위스트 상태가 토폴로지(topology)적으로 V-상태와 등가이기 때문에 감소되거나 또는 제거된다. 그러나, 이런 접근은 액정층의 두께 d와 액정 분자의 트위스트의 피치 p와의 비가 d/p 〉0.25 이야만하는 것을 요구하며, 이런 높은 d/p 값은 디스플레이의 밝기를 감소시키는 것으로 알려진다. 180도 트위스트를 얻기 위하여 0도의 트위스트를 넘어선 180도의 트위스트 각에 충분히 알맞은 액정 분자의 피치를 바이어스할 필요가 있기 때문에 d/p〈 0.25일 가능성은 없으며, 이는 d/p의 값이 0.25보다 클 것을 요구한다(액정이 2개의 기판상의 배향막의 러빙 방향과 일치할 필요가 있어 파이 셀 지오메트리에서의 액정층은 0, 180, 360도 등의 트위스트를 갖도록 구성된다).
대응 영국특허출원 제9822762.2(GB 2 343 011)는 액정층이, 소정의 동작 상태가 안정화되는 핵형성 영역을 포함하는 표면 모드 액정 표시 장치를 개시한다. 이런 핵형성 영역은 기판들중 적어도 하나상에 다른 프리 틸트 각의 영역을 제공함에 의해 얻어진다. 이런 디바이스는 핵형성 영역을 생성하는 다른 프리 틸트 각의 영역을 제공하기 위하여 부가적인 프로세싱 단계가 요구되는 단점을 가진다.
액정 분야에서 잘 알려진 바와 같이, 파이 셀의 H 및 V-상태는 이들이 토폴로지적으로 등가인, 즉 H-상태에서의 파이 셀에 전압 인가가 V-상태로 평활하며 연속적인 파이 셀의 변환을 생성할 수 없는 속성을 가진다(반대로도 성립함). 오히려, 변환은 변환이 일어날 수 있기 전에 액정에서 배향 결함(선택적으로 '불연속성', '단일성', 또는 '전경 결함'으로 알려진)이 형성(또는 핵형성)되어야 한다.H에서 V-상태로의 변환을 경험하는 파이 셀의 관찰(예컨데 편광 광학 마이크로스코프를 사용하여)은 이런 결함의 핵형성이 명확히 관찰되게 하며 액정을 통한 이들의 이동이 V-상태가 H-상태를 대치하도록 성장될 때 관찰되게 한다.
H 및 T-상태(트위스트 상태)는 또한 토폴로지적으로 등가이다, 즉 T에서 H-상태로의 변환은 핵형성을 요구하며 액정내에서 결함의 이동을 요구한다.
토폴로지적으로 등가인 상태들간의 전이를 생성하기 위해 요구되는 액정 배향에서의 결함의 핵형성은 신뢰성있게 달성되며 제어하는 것을 어렵게 한다. 본 발명의 일 목적은 한 상태(예컨데, H-상태)에서 다른 상태(즉, V 또는 T-상태)로의 변환이 신뢰성 있고 제어가능하게 되는 것이다.
파이 셀의 V-상태 및 T-상태는 토폴로지적으로 등가이다. 지금까지의 예로서, T-상태에서 초기에 균일한 파이 셀상의 전압이 평활하게 증가된다면, 파이 셀은 핵형성 및 결함의 이동에 대한 요구없이 V-상태로의 균일하며 연속적인 변환을 경험하게 된다. 서로 다른 전압에서의 2개의 V-상태 구성은 또한 토폴로지적으로 균등하다. 즉 어느 한쪽 전압에서의 V-상태는 가변 인가 전압의 작용에 의해 제2 전압에서의 V-상태로 지속적으로 변환될 수 있다.
본 발명은, 제1 및 제2 기판 사이에 배치된 키랄(chiral) 액정층, 및 상기 액정층을 가로지르는 전압을 인가하기 수단을 포함하고; 상기 액정층의 제1 영역은 표시용 능동 영역이고, 상기 액정층의 제2 영역은 상기 액정측 양단에 전압이 인가될 때 상기 제1 영역내의 소망하는 액정 상태를 생성하기 위한 핵형성(nucleation) 영역이며; 상기 액정 재료의 피치 p에 대한 상기 액정층의 두께 d의 비는, 상기 액정층의 제1 영역에서는 제1 값 (d/p)A를 갖고, 상기 액정층의 제2 영역에서는 상기 제1 값과는 다른 제2 값 (d/p)N을 갖는 액정 표시 장치를 제공한다.
제2 영역은 핵 형성 영역으로서 작용한다. 액정층 양단에 전압이 인가되지 않을 때 제2 영역에서의 안정 상태는, 액정층 양단에 전압이 인가될 때, 소망하는 안정 상태가 능동 영역에서 용이하고 반복적으로 생성되도록 선택된다.
액정층의 제2 영역에서 액정 재료의 피치 p에 대한 액정층의 두께 d의 비의 값 (d/p)A는, 액정층 양단에 전압이 인가되지 않을 때, 액정층의 제2 영역에서 안정한 액정 상태가 소망하는 액정 상태와 토폴로지적으로 균등하도록 선택되기도 한다. 이것은 능동 영역에서 소망하는 안정한 상태를 핵 형성하는 처리를 용이하게 한다.
제1 트위스트 각은 제2 트위스트 각과는 180°만큼 다르기도 하다.
액정층의 제1 및 제2 영역에서 액정 재료의 피치 p에 대한 액정층의 두께 d의 비의 값은, 액정층 양단에 전압이 인가되지 않을 때, 제1 트위스트 각을 갖는 제1 액정 상태가 액정층의 제1 영역에서 안정하고, 제1 트위스트 각과 다른 제2 트위스트 각을 갖는 제2 액정 상태가 액정층의 제1 영역에서 안정하도록, 선택되어도 좋다.
액정층의 제2 영역에서 액정 재료의 피치 p에 대한 액정층의 두께 d의 비의값 (d/p)N은 액정층의 제1 영역에서 액정 분자들의 피치 p에 대한 액정층의 두께 d의 비의 값 (d/p)A보다 커도 좋다. 제1 액정 상태가 0°트위스트 상태이고 제2 액정 상태가 180°트위스트 상태이어도 좋다. 0°트위스트 상태는 H-상태이다.
상술된 바와 같이, 180°상태는 파이-셀의 소망하는 동작 상태와 토폴로지적으로 균등하다. 본 발명이 파이-셀에 적용되는 경우, 액정층 양단에 전압이 인가될 때, 소망하는 동작 상태는 핵 형성 영역에 포함된 180°트위스트 상태로부터 성장할 것이다.
제1 기판 상의 배향 방향은 제2 기판 상의 배향 방향과 평행하여도 좋고, 액정층의 제1 및 제2 영역에서의 액정 분자들의 피치 p에 대한 액정층의 두께 d의 비의 값은, (d/p)A< 0.25 및 0.25 ≤(d/p)N≤0.75 이도록 선택되어도 좋다. 이들 배향 방향은 제1 영역에서 0°트위스트 상태 및 핵 형성 영역에서 180°트위스트 상태를 안정화시킬 것이다.
액정층의 제1 영역에서 액정 재료의 피치 p에 대한 액정층의 두께 d의 비 (d/p)A는 0.125 이하, 및 0.1 이하이어도 좋다. 낮은 d/p 비를 사용한다는 것은 능동 영역의 휘도가 심각하게 감소되지 않을 것이라는 것을 의미한다.
본 장치는 표면 모드 액정 표시 장치이어도 좋다. 본 장치는 파이-셀이어도 좋다. 능동 영역에서 소망하는 액정 상태는 V-상태이어도 좋다.
본 장치는 굴절성 액정 표시 장치이어도 좋다. 제2 액정층 영역은 비어-홀에 배치되어도 좋다. 굴절성 액정 표시 장치에 비아 홀을 일체화시키는 것은, 예를 들어 굴절성 전극으로 전기적 접속을 가능하게 하기 위하여 통상적으로 수행된다. 비아 홀 영역에서의 액정층의 두께는 그 외의 액정층의 두께보다 두꺼울 것이어서, 두께-대-피치 비는 그 외에서보다 비아 홀 영역에서 더 클 것이다. 따라서, 비아 홀 영역은 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 핵 형성 영역으로서 편리하게 사용될 수 있다. 본 실시예에서는, 핵 형성 영역으로서 작용하고 액정층의 피치 비에 대해 증가된 두께의 영역을 얻기 위해 부가적인 처리 단계가 요구되지 않는다.
본 장치는 투과성 및 굴절성 액정 표시 장치이어도 좋다. 제2 영역은 투과성 및 굴절성 액정 표시 장치의 투과성 영역에 제공되어도 좋다. 핵 형성 영역 및 능동 영역은 투과성 및 굴절성 액정 표시 장치의 표시 영역에 제공되어도 좋다.
액정층의 제 2 영역의 액정층 트위스트는 제로가 아닐 수 있고 액정 분자의 자연 트위스트에 대해 반대일 수 있고, 제 2 액정 영역에서의 액정층의 두께 d 와 액정 분자의 피치 p 의 비의 값 (d/p)N은 제 1 액정 영역에서의 액정층의 두께 d 와 액정 분자의 피치 p 의 비의 값 (d/p)λ보다 작을 수 있다.
제 1 기판의 정렬 방향은 제 2 기판상의 정렬 방향에 대해 각 φ가 될 수 있고, 액정층의 제 1 및 제 2 액정 영역에서의 액정층의 두께 d 와 액정 분자의 피치 p 의 비의 값은 다음과 같이 선택될 수 있다.
(d/p)λ≤ φ/2π-1/4 ; 및
(d/p)N〉 φ/2π-1/4.
액정층의 제 1 영역에서의 액정 분자의 피치 pλ는 액정층의 제 2 영역에서의 액정 분자의 피치 pN과 같지 않을 수 있다.
액정층의 제 1 영역에서의 액정 분자의 두께 dλ는 액정층의 제 2 영역에서의 액정 분자의 두께 dN과 같지 않을 수 있다.
전압 인가 수단은 제 1 및 제 2 영역을 가로지르며 전압을 가하도록 배치된다. 대안으로 전압 인가 수단은 제 2 영역에는 전압을 가하지 않도록 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 2 영역은 픽셀 사이의 갭(inter-pixel gap)에 배치 될 수 있다.
전압이 액정 표시 장치의 디스플레이 영역에 가해지는 동안의 시간과 실질적으로 동일한 시간 동안에 핵형성(nucleation) 영역에 가해질 수 있다.
액정 표시 장치는 저장 캐패시터를 추가로 포함할 수 있다. 핵형성 영역은 저장 캐패시터의 부근에 제공될 수 있다.
본 발명은 또한 제 1 및 제 2 기판 사이에 배치된 액정층, 및 액정층 양단에 전압을 가하기 위한 수단을 포함하는 액정 표시 장치를 제공한다. 액정층은 제1 두께를 갖는 제 1 영역 및 제 1 영역에 근접하고 제 2 두께를 갖는 제 2 영역을 포함한다. 제 1 영역의 액정층의 제 1 상태 및 제 2 영역의 액정층의 제 2 상태는 지정된 조건하에서 공존한다. 제 1 상태는 제 2 상태에 대해 위상기하적으로 다르다.
지정된 조건은 액정층에 가해지는 전압의 부재가 될 수 있다.
제 1 상태는 H 상태가 될 수 있고, 제 2 상태는 T 상태가 될 수 있다.
액정층의 틸트각은 액정층 및 제 1 기판에 의해 정의된다. 제 1 영역의 액정층의 틸트각은 제 2 영역의 액정층의 틸트각과 실질적으로 동일할 수 있다.
제 1 상태 및 제 2 상태는 액정층에 가해지는 전압이 존재할 때의 V 상태일 수 있다.
도 1은 OCB(파이 셀)의 개략 단면도.
도 2a 에서 도 2d는 OCB 디바이스의 작동 원리를 예시한 도면.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 원리를 예시한 개략 단면도.
도 4는 액정층에 전압이 가해지지 않았을 때 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략 단면도.
도 5는 전압이 액정층의 양단에 인가된 경우의 도 4의 액정 표시 장치를 도시한 개략 단면도.
도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 장치의 개략 평면도.
도 7은 액정 재료에서의 전위(dislocation) 전파 속도의 의존성을 d/p 비의 함수로서 나타낸 도면.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 개략 단면도.
도 9는 도 8의 액정 표시 장치의 주요 광학 부품의 개략 사시도.
도 10은 여러가지 d/p 비의 값에 대하여, 반사 액정 표시를 위해 인가된 전압에 대한 반사율의 특성 곡선을 도시한 도면.
도 11a 및 11b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 설명하는 도면.
도 11c는 도 11a 및 11b의 방법에 의해 제조된 액정 표시 장치를 도시한 도면.
도 12는 TFT 액정 패널의 픽셀부의 확대 평면도.
도 13a 내지 13c는 도 12의 TFT 액정 패널의 핵형성 영역을 설명하기 위해 사용된 개략 평면도.
도 14는 본 발명에 따른 고(high) 개구율의 TFT 액정 패널(1400)의 평면도.
도 15는 도 14에 도시된 라인 A-A'를 따라 취해진 고 개구율의 TFT 액정 패널(1400)의 단면도.
도 16a 및 16b는 180°트위스트 영역과 스플레이(splay) 영역을 포함하는 액정 표시 장치를 도시한 도면.
도 17은 틸트 각이 작을 때의 레벨 차 d1및 (d1+d2)/p에 대한 공존 영역 내의 변화를 도시한 그래프.
도 18은 스플레이 영역 및 180°트위스트 영역의 공존 상태와 트위스트 영역의 폭 사이의 관계를 나타낸 테이블.
도 19는 반사 표시 영역 및 투과 표시 영역이 투과 및 반사 액정 표시 장치 내의 한 픽셀 내에 제공된 구조를 도시한 도면.
도 20은 임의의 셀 내의 180°트위스트 영역과 스플레이 영역을 도시한 개략 평면도.
도 21은 콘트라스트가 200:1인 다크(dark) 표시부의 전압 허용 폭과 180°트위스트 영역의 전파를 나타낸 그래프.
도 22는 틸트 각이 클 때의 레벨 차 d1및 (d1+d2)/p에 대한 공존 영역 내의 변화를 도시한 그래프.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1, 1' : 기판
2, 2' : 정렬층
3 : 액정층
4, 4' : 편광판
5 : 지연판
12 : 전경 결함
본 발명의 양호한 실시예가 부수 도면을 참조하여 예를 제시하면서 설명된다.
이하, 본 발명의 원리에 대해 설명하겠다. 본 발명에 사용된 액정은 인가된 전압의 크기에 따라 4가지 다른 상태를 채택한다. 4가지 다른 상태를 여기에서는 제1 상태, 제2 상태, 제3 상태, 제4 상태라고 하는데, 이들 상태는 전형적인 환경하에서 낮은 인가 전압의 존재 시에 존재할 수 있으며, 이들 상태의 순서는 최소 인가 전압의 크기에서 점점 커지는 순서로 정해져 있다. 액정은 위상적으로 서로 다른 제1 및 제2 상태가 선정된 조건 하에서 인접한 영역에 공존할 수 있도록 설계된다. 선정된 조건은, 예를 들어 액정 양단에 인가되는 특정 전압(제로 전압을 포함)에 의해 정해진다. 이러한 상황에서, 특정 전압보다 크거나 같은 전압이 액정 양단에 인가되면, 액정은 제2 상태에서 제3 또는 제4 상태로 전이된다. 제2 상태의 변환은 전압 제공 시 제1 상태의 제3 및 제4 상태로의 변환을 유도한다. 액정 표시 장치에서, 디스플레이는 제3 상태 및 제4 상태 사이에서 스위칭된다. 본 발명에 따르면, 액정층의 피치 및 두께 중의 적어도 하나는, 인접 영역들에 제1 및제2 상태가 공존하도록 하기 위해 조정된다.
도 2는 본 발명에 따른 예시적인 액정 표시 장치로서 OCB 디바이스의 동작을 도시한다. 상술한 바와 같이, 동작 상태들은 도 2c 및 도 2d에 도시된 (제3 및 제4 상태에 대응하는) 2개의 V-상태들이며, 이들 2개의 V-상태 사이에서 액정 상태를 스위칭함으로써 디바이스가 동작한다. V-상태들 중의 하나를 얻기 위해 액정층에 한정된 전압을 인가해야 하고 이 인가된 전압이 임계값 이하로 감소되는 경우 (제1 상태에 대응하는) H-상태로의 액정 릴렉스가 도 2a에 도시된다. 디바이스의 동작을 재개하기 위해, 액정층은 V-상태로 되돌아 가야만 한다.
액정층에 인가되는 전압이 임계 전압 이하로 감소될 때, 도 2a에 도시된 H-상태가 나타나기 전에, 도 2b에 도시된 바와 같이 (제2 상태에 대응하는) 180。 트위스트 상태가 초기에 나타난다. 이 180。 트위스트 상태 (T-상태)는 도 2c 및 도 2d에 도시된 V-상태들과 위상(位相)적으로 등가이지만, 도 2a의 H-상태와는 위상적으로 다르다. 180。 트위스트 상태는 작은 인가 전압 범위에 대해서만 안정하고, 전압이 0으로 감소됨에 따라 이 180。 트위스트 상태는 H-상태로 대체된다. 이 180。 트위스트 상태는 T-상태의 일례이다.
V-상태에서 H-상태로의 변환동안 180。 트위스트 상태의 존재는 통상 파이-셀(pi-cell)의 동작과 관련되는 것으로, 또한 파이-셀 동작에서 유용하게 되는 것으로 생각되지는 않는다. 그러나, 본 발명은 제1 상태 (예를 들어, H-상태)와 제2 상태 (예를 들어, T-상태)가 액정층내의 인접 영역에서 소정의 조건 하에서 공존하도록 하는데 그 목적이 있다. (전압 제로를 포함하는) 소정의 조건의 전압보다 크거나 같은 전압이 액정층에 인가될 때, 제2 상태 영역은 핵 형성 영역(uncleation region)으로 작용하게 될 것이고, 이후에 디바이스의 활성 영역 (또는, 이 활성 영역내에 핵 형성 영역이 배치되어 있는 경우에는 활성 영역의 나머지 부분)이 될 수 있는 제3 및 제4 상태 (예를 들어, V-상태)를 발생하게 될 수 있다. 상기 설명에서, 제1 및 제2 상태는 각각 H-상태 및 T-상태이다. 본 발명은 이에 제한되지는 않는다.
또한, 상술한 OCB 디바이스에 있어서, 2개의 상태 (H-상태 및 T-상태)는 제로 인가 전압에서 채택된다. 본 발명은 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 핵 형성 영역과 활성 영역이 모두 장시간 동안 단독 방치된 액정 패널과 같은 이용되지 않은 상태에서 H-상태인 경우에도, 두 개의 영역들이 고 인가 전압에서 V-상태로 된 후, 핵 형성 영역은 제로 또는 저 인가 전압의 존재 시 T-상태로 되돌아갈 수 있다. 이 경우, 핵 형성 영역의 액정은, 저 인가 전압보다 큰 인가 전압의 존재 시 T-상태에서 V-상태로 변환되어, 인가 전압의 존재 시 활성 영역에서 액정의 V-상태로의 변환을 유도한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 OCB 디바이스의 특정예를 개략적으로 도시한다. 도 3a 및 도 3b는 각각 제로 인가 전압 및 비-제로 인가 전압 상태에서의 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치를 도시한다. 도 3a 및 도 3b의 OCB 디바이스는 활성 영역(10; 제1 영역)과 핵 형성 영역으로서 기능하는 비아 홀 영역(11; 제2 영역)을 포함한다.
본 발명은 트위스트 액정 재료를 포함하는 액정층을 이용한다. 이는 네마틱액정 물질과 같은 액정 재료와 키랄(chiral) 도펀드의 혼합물일 수 있으며, 또는 콜레스트릭 액정 재료와 같은 고유 키랄인 액정 재료일 수 있다.
본 발명에 따르면, 전체 액정층 상에서 액정 재료의 피치에 대한 액정층의 두께의 비 (이하, "두께-대-피치 비"로 참조됨)가 일정하지 않다. 활성 영역(10)의 두께-대-피치의 비가 (d/p)A< 0.25의 관계를 만족하도록 바람직하게 선택된다. 여기서, (d/p)A= dA/pA이고, dA는 활성 영역(10)내의 액정층의 두께이며, pA는 활성 영역(10)내의 액정층의 액정 재료의 피치이다. 그러므로, 활성 영역내의 액정 상태는 트위스트 상태가 아니고, 종래의 파이-셀(pi-cell)과 같은 H-상태일 것이다.
도 3a 및 3b의 실시예에서, 핵형성 영역(11)은 활성 영역의 두께-대-피치의 비 (d/p)A보다 큰 두께-대-피치의 비 (d/p)N를 가진다. (d/p)N= dN/pN이고, 여기서, dN은 핵형성 영역(11)내의 액정층의 두께이고, pN은 핵형성 영역(11)내의 액정층의 액정 재료의 피치이다.
핵형성 영역(11)내의 액정층의 두께 dN및 핵형성 영역내의 액정 재료의 피치 pN은 0.25 ≤ (d/p)N≤ 0.75가 되도록 바람직하게 선택된다. 결과적으로, 180° 트위스트 상태는 액정층 양단에 전압이 가해지지 않을 경우 핵형성 영역내에서 안정화된다. 핵형성 영역(11)의 180° 트위스트 상태와 활성 영역(10)의 H-상태사이에 전경 결함(disclination, 12)이 존재한다.
도 3a 및 3b의 실시예에서, 활성 영역(10)내의 액정 재료의 피치는 핵형성 영역(11)내의 액정 재료의 피치와 동일하다. 즉, pA= pN이고, 두께-대-피치의 비의 변화는 dA≠ dN으로 만듦으로써 얻어진다.
도 3a의 장치를 동작 상태로 하기 위해서, H-상태 및 V-상태의 깁스 자유 에너지가 동등한 임계값보다 큰 전압을 액정층 양단에 가해주어야 한다. 이러한 임계 전압과 동일한 전압이 가해질 경우, 상태의 상대적인 안정성은 H-상태에 비해 V-상태가 선호되도록 변화한다. 변형된 트위스트 상태로 생각될 수 있는 V-상태는 핵형성 영역(11)내의 180°트위스트 상태로부터 활성 영역(10)으로 성장할 수 있고, 활성 영역을 통해 H-상태를 대체할 것이다.
도 3a 및 3b의 실시예가 액티브 매트릭스 TFT 디바이스에 적용될 경우, 핵형성 영역(11)은 디바이스의 블랙 마스크 아래에 배치되는 것이 바람직하다.
도 3a 및 3b에서 설명된 형태의 디바이스에서 활성 영역(10)으로 V-상태를 핵형성시키는데 필요한 임계 전압은 일반적으로 약 2V이다. 이것은 핵형성 영역이 구비되지 않은 종래의 파이-셀(pi-cell)에서 V-상태를 핵형성시키는데 필요한 전압보다 상당히 낮다.
도 3a 및 3b에 도시된 액정 디바이스의 활성 영역의 두께-대-피치의 비는 일반적으로 약 0.1까지 감소될 수 있다. 도 3a 및 3b에 도시된 액정 디바이스의 활성 영역의 두께-대-피치의 비는 바람직하게는 0.25 이하이고, 좀 더 바람직하게는 0.125 이하이고, 더욱더 바람직하게는 0.1이하이다. 그러므로, 디바이스의 활성영역의 밝기는 US 특허 번호 4566758에 개시된 형태의 디바이스 - 활성 영역에서 180°트위스트 상태 를 안정시키기 위해 d/p비는 적어도 0.25가 되어야 함 - 의 활성 영역보다 크다.
이들은 일반적으로 반사 전극이 예를 들어 스위칭 소자에 접속되도록 하는 비아 홀을 제공할 필요성으로 인해 증가된 두께 영역을 포함하는 액정층을 가지므로, 본 발명은 특히 반사형 액정 표시 장치에 적용하기에 용이하다. 비아 홀을 핵형성 영역으로 사용하는 것은 핵형성 영역의 제조에서 부가적인 처리 단계를 필요없게 한다.
도 3a에서, 액정층은 제로 인가 전압 상태에서 2개의 상태들(H- 및 T-상태)을 채택한다. 본 발명은 이것에 한정되지 않는다. 액정층이 제로 인가 전압 상태에서 1개의 상태(예를 들어, H-상태)를 채택할 때에도, 만약 액정층이 저 인가 전압에서 2개의 상태들(예를 들어, H- 및 T-상태)을 채택한다면 상기와 동일한 효과가 얻어질 수 있다.
도 4는 본 발명을 구체화하는 반사형 액정 표시 장치(400)의 단면도이다. 이것은 활성 영역(10)내에 배치된 비아 홀 영역(11)을 나타낸다. 도 4의 액정 표시 장치(400)는 선정된 상태, 구체적으로 액정층을 가로지르는 인가 전압이 없는 상태 또는 저 인가 전압이 있는 상태 하에 있다. 활성 영역에서 액정층의 두께는 dA이고, 비아 홀 영역에서의 두께는 dN이다. 활성 영역(10)에서 액정 물질의 피치는 핵형성 영역(11)에서의 액정 물질의 피치와 동일하다. 본 발명의 본 실시예에서, 비아 홀 영역은 더 큰 두께-피치비를 갖고 따라서 핵형성 영역으로서 사용될 수 있다.
도 4에 도시된 장치는 상부 및 하부 기판(1, 1')을 포함한다. 상부 전극(6)은 상부 기판 상에 배치되고, 이것은 상부 정렬층 또는 막(2)에 의해 덮혀진다. 전극(6)은 투명 전극이고, 예를 들어 인듐 틴 옥사이드(ITO)로 형성된다. 상부 정렬층(2)은 종래의 정렬층이고, 예를 들어 상부 정렬막(2)과 접촉하여 액정 분자의 정렬 방향과 프리틸트(pre-tilt) 각을 정의하도록 단일 방향으로 마찰되는 중합 물질층으로 형성되어 있다.
반사형 전극층(7)은 하부 기판(1') 상에 배치된다. 하부 정렬층(2')은 하부 전극 위에 배치된다. 전극(6'), 예를 들어 활성 매트릭스 표시 장치의 경우에 스위칭 소자의 출력 전극(도시되지 않음)은 하부 기판(1') 상에 배치된다. 이 장치의 활성 영역에서, 반사 전극(7)은 절연 물질 층(5)에 의해 전극(6')으로부터 떨어져 있다. 그런데, 비아 홀 영역에는, 절연층(5)이 제공되지 않아 반사 전극(7)은 전극(6')과 전기적으로 접촉한다. 비아 홀 영역(11)에 절연층(5)이 존재하지 않음으로 인해, 비아 홀 영역에서의 액정층의 두께는 활성 영역(10)에서의 액정층의 두께보다 크다.
도 4의 실시예에서, 상부 정렬막(2)의 마찰 방향은 하부 정렬막(2')의 마찰 방향과 평행하다. 따라서 액정층은 0°,180°,360° 등의 트위스트각(twist angle)을 갖는 상태들을 채택하도록 제한된다.
도 4의 실시예에서 액정층은 네마틱 액정과 키럴(chiral) 도펀트를 포함한다. 네마틱 액정이 고유 트위스트를 갖지 않더라도, 키랄 도펀트가 존재하면 액정 재료에 배향이 유발된다. 적절한 액정 재료에는 예를 들어, 재료 ZLI 6000-100이 있으며, 적절한 키랄 도펀트에는 도펀트 CB15(독일, 담스타트, Merck사 제품)가 있다.
액정층내 키랄 도펀트의 양은 활성 영역(10)에서의 두께-피치가 0.25 미만이 되도록 선택된다. 이 정도의 양은 액정 재료를 180。 트위스트 상태로 바이어스시키기에는 충분하지 않으므로, 활성 영역내 안정적 액정 상태는 부득이 0。의 트위스트 상태가 된다. 따라서, 제로 전압 인가시에, 활성 영역은 통상적인 OCB 디바이스처럼 동작하며, 안정적인 상태는 H-상태가 된다.
액정층에 대한 전압 인가가 없는 도 4의 구조에 있어서, 비아홀 영역(11)에서의 두께-피치비가 0.25 이상 0.75 미만이 되도록 액정 재료의 트위스트 피치가 선택되므로, 비아홀 영역에서의 액정 재료는 180。 트위스트 상태로 바이어스된다. 따라서, 비아홀 영역은 핵형성(nucleation) 영역으로 동작한다.
상기한 바와 같이, 액정층의 휘도(brightness)는 키랄 도펀트의 양이 증가함에 따라 감소하므로, 사용되는 키랄 도펀트의 양을 최소화하여 핵형성 영역내 d/p비가 (d/p)x ≥ 0.25가 되도록 함으로써 핵형성 영역내에서 180。의 트위스트 상태를 안정화시키는 것이 바람직하다.
전경 결함(12)은 비아홀 영역의 180。 트위스트 상태와 활성 영역의 H-상태간의 경계부에 존재한다.
도 5는 보다 큰 전압이 액정층 양단에 인가되는 경우의 도 4의 액정 표시 소자를 나타내고 있다. 상기한 임계 전압 보다 큰 전압이 인가되는 경우, V-상태(13)는 비아홀 영역(11)으로부터 활성 영역(10)으로 성장한다. 전경 결함(12)은 비아홀 영역과 활성 영역간의 경계부로부터 퍼져 나가며, 결국 V-상태는 활성 영역(10) 도처에서 안정 상태를 나타낸다. V-상태를 비아홀 영역(11)으로부터 활성 영역(10)내로 핵형성하기 위해서는 인가 전압이 단지 임계 전압을 약간 넘도록 하는 것으로 충분하다. 그러나, 핵형성된 V-상태의 성장 속도는 임계전압을 약간 넘을 뿐인 전압에서는 매우 느리므로, 임계 전압 보다 현저히 큰 전압을 사용함으로써, V-상태를 활성 영역(10) 형태로 핵형성하기 위해 고려되는 시간을 줄이는 것이 바람직하다.
일단 V-상태가 활성 영역으로 핵형성되면, 소자는 도 2c와 도 2d를 참조하여 설명된 통상적인 방식으로 저전압 V-상태와 고전압 V-상태 사이에서 동작될 수 있다.
활성 영역(10)의 두께 dA와, 비아홀 영역(11)의 두께 dN, 및 액정 재료의 트위스트 피치 p는 다음의 수학식 1 및 수학식 2를 만족하는 어느 값을 제공하도록 선택될 수 있다.
그러나, 상기한 바와 같이, 키랄 도펀트의 양을 최소화하고, 활성 영역의 휘도를 개선하기 위해서는 활성 영역내의 d/p비는 낮은 것이 바람직하다. 예를 들면, 비아 홀 영역(11) 내의 액정층은 6㎛의 두께를 가질 수 있고, 액정 분자의 피치는 24㎛일 수 있어서, 비는 dN/P=0.25일 수 있다. 픽셀의 활성 영역(10) 내의 액정층의 두께가 3㎛이면, 활성 영역 내의 d/p 비는 0.125이다.
명확하게 하기 위해, 본 발명은 하나의 활성 영역과 하나의 핵 생성 영역을 포함하는 액정 표시 장치를 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 이러한 단순한 경우에 제한되지 않고, 실제의 표시 장치는 통상 본 발명에 따른 핵 생성 영역이 제공될 수 있는 다수의 활성 영역을 포함할 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 평면도이다. 이 장치는 복수의 독립적으로 어드레스 가능한 활성 영역(10)을 포함한다. 활성 영역은, 예를 들면, 반사 전극(7)을 패터닝하여, 액정 표시 장치의 독립적으로 어드레스 가능한 영역 또는 픽셀을 각각 정의하는 복수의 독립적으로 어드레스 가능한 전극을 제공함으로써 생성될 수 있다. 각각의 활성 영역(10) 내의 반사 전극(7)에는 스위칭 소자로의 전기적 접속을 가능하게 하는 비아 홀(11)이 제공된다. 따라서, 도 6의 도면은 짧은 핵 생성 회수를 갖는 반사, 픽셀 관련 활성 매트릭스 액정 표시 장치이다. 이 장치는, 예를 들면, 프로젝션 장치, 또는 헬맷 장착 표시 장치로서 사용될 수있다.
본 발명의 다른 장점은, 활성 영역 양단에 인가된 전압이 H-상태가 안정한 상태가 되는 전압으로 감소되면, 활성 영역에 대하여 H 상태의 랜덤하게 핵이 생성되는 영역이 성장하는 속도가 종래의 파이 셀보다도 느려질 것이다. 이는, 25℃의 온도에서 6.2㎛의 액정층 두께를 갖는 파이 셀에서의 성장 H 상태의 경계의 전파 속도를 설명하는 도 7에 도시되어 있다. 도 7은 액정 재료 ZLI6000-100에 관한 것으로 액정 재료의 d/p비가 키랄(chiral) 도펀트 CB15의 부가에 의해 변경됨에 따라 경계의 속도 변화를 나타낸다.
도 7로부터, d/p 비를 증가시키면, H 상태의 경계의 전달 속도가 저감된다는 것을 알게될 것이다. 따라서, d/p 〉0인 상태에서 도 4의 장치의 활성 영역(10)의 H 상태 영역의 경계의 전달 속도는 0의 d/p를 갖는 종래의 파이 셀에서의 전달 속도보다도 느려질 것이다.
본 발명의 다른 실시예가 도 8 및 도 9에 도시되어 있고, 이 실시예는 정렬막의 러빙 방향에 의해 유도된 트위스트 방향의 반대 방향으로 트위스트를 유도하는 키랄 도펀트를 함유하는 액정층을 갖는 액정 표시 장치를 포함한다. 이 장치는 여기서는 참고로서 포함되어 있는 1999년 12월 27일자로 출원된 계류중인 일본 특허 출원 제BH 11 371 963호에 개시되어 있다.
도 8에 도시된 이 장치는 반사형 단일 편광형이고, 예를 들면, 픽셀 관련 액정 표시 장치로서 이용될 수 있다. 장치는 상부 및 하부 기판(1, 1')을 포함한다. 상부 기판(1)은 그 내부 표면에, 예를 들면, 러빙된 폴리이미드를 포함하는정렬층(2) 및 전극(6)을 갖는다.
비록 분리 전극 및 반사기가 교대로 제공될 수 있지만, 하부 기판(1')은 그 내부 표면 위로 반사 전극(6')을 갖는다. 예를 들어 상부 기판(1) 상의 정렬층(2)과 동일 타입의 정렬층(2')이 반사 전극(6') 상에 형성된다. 상부 및 하부 기판(1, 1')과 연관층들은 예를 들어 스페이서 볼(도시되지 않음)에 의해 분리되어 있어서 액정층(3)을 포함하는 셀을 정의한다. 층(3)은 키랄 액정 재료를 포함한다. 이는 본질적으로 키랄 액정 재료일 수 있거나, 키랄 도펀트를 첨가한 네마틱 액정으로 이루어질 수 있다.
도 9에 도시된 바와 같이, 편광판(4)는 선형 편광 방향(15)을 가진다. 상부 정렬층(2)은 편광판(4)의 편광 방향(15)에 대해 시계 방향의 각 θ으로 배향되는 정렬 방향(16)을 가진다. 액정층(3)이 시계 방향 또는 양의 방향으로 φ의 트위스트를 갖도록 하부 정렬층(2')은 시계 방향의 각 θ+ φ으로 배향되는 정렬 방향(17)을 가진다.
네마틱 액정의 층(3)에 첨가된 키랄 도펀트는 도 8에 도시된 디바이스에서 반시계 방향 또는 음의 방향으로의 트위스트 효과를 갖도록 하는 것이다. 그래서, 만약 액정 재료의 층(3)이 정렬층(2)에 의해 강제되지 않으면, 키랄 도펀트때문에 반시계 방향 또는 시계 방향의 트위스트를 채택한다. 그러나, 정렬층(2, 2')은 층(3)의 액정 재료에 대해 90°미만의 양 또는 시계 방향의 트위스트 φ를 유도한다.
만약 너무 많은 키랄 도펀트가 액정층(3)에 대해 d/p의 너무 작은 값을 초래하는 액정에 첨가되면, 액정(3) 재료의 트위스트 에너지는 정렬층(2, 2')에 의해 유도된 트위스트 상태의 트위스트 에너지보다 더 크게 되고 액정층(3)의 트위스트는 φ〉0이므로 φ°에서 (φ-π)°까지 변경될 것이다. 첨가될 수 있는 키랄 도펀트의 양은 트위스트 각에 좌우되고 트위스트 각이 90°에 이를 때 제로에 이른다. 임계 d/p 비 (d/p)c은 수학식 3과 같다.
제1 및 제2 고정 지연판(20, 21)는 편광판(4) 및 액정층(3) 사이의 광 경로에 배치되어 있다. 도 8에서, 지연판(20, 21)는 디바이스의 동작 전압에 영향을 주지 않도록 기판(1) 및 전극(6) 사이에 배치된다. 그러나, 지연판(20, 21)중 하나 또는 모두가 원칙적으로 전극(6) 및 정렬층(2) 사이에 배치될 수 있고, 이 경우 디바이스의 동작 전압이 증가되며, 또는 편광판(4) 및 기판(1) 사이에 배치될 수 있으며, 이 경우 허용가능한 표시 각이 감소된다.
지연판(20)는 편광판(4)의 편광 방향(15)에 대해 각 α로 배치된 광축(22)을 갖는 반면, 지연판(21)는 편광 방향(15)에 대해 각 β로 배치된 광축(23)을 갖는다.
도 10은 도 8 및 9에 도시된 유형의 디스플레이 디바이스의 반사율을 도시하는 도면이다. 도 10의 결과는 제1 지연판(20)가 편광판(4)의 편광 방향에 대해 15°의 완만한 광축을 가지고 △nㆍd=260nm의 지연을 갖는 디스플레이를 통해 구해진다. 제2 지연판(retarder)는 분극 방향(15)의 75°에서 슬로우 광축을 가지고, 지연 Δn.d = 95㎚를 갖는다. 액정층(3)은 트위스트각 ψ=70°을 갖고, 분극 방향(15)과 상부 정렬층(2)의 러빙 방향 사이의 각은 θ=40°이다. 액정층의 지연은 Δn.d = 200㎚이다. 액정층의 두께는 3㎛이다.
도 10에서 보여지는 바와 같이, 최소의 반사율 위의 특정 반사율을 얻기 위해 요구되는 전압은 액정층의 d/p 비가 0으로부터 감소됨에 따라 감소한다. 최소 반사율은 d/p비에 따라 현저히 변화하지 않는다.
정렬층(2, 2')에 의해 액정층으로 유도된 프리틸트가 없는 상태에서, 액정층의 트위스트가 ψ°부터 (ψ- π)°까지 변할 도펀트 한계는 식(3)으로 주어진다. 정렬층이 상기 정렬층에 근접한 액정 분자에서 제로가 아닌 프리틸트를 유도하면, (d/p)c의 크기는 증가된다.
이 실시예는 ψ가 정렬층(2)의 정렬 방향으로 정의되고, 원하는 동작 상태가, 0 < ψ < 90°인 트위스트각 ψ을 갖는 액정 표시 장치에 관한 것이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 반대 방향에서의 비트림을 정렬층에 의해 유도된 트위스트으로 유도하는 키랄 도펀트(chiral dopant)를 부가하는 것은(즉, 네거티브인 피치 p를 갖는 키랄 도펀트를 부가하는 것은), 반사율 전압에서 감소를 이끈다. 그러나, 도 10으로부터 도시된 바와 같이, 반사율 전압에서 더 큰 감소는 높은 도펀트 농도로 얻어진다(따라서 p가 네거티브이기 때문에 0보다 크게 적은 d/p에 대한 값을 줌). 상술된 바와 같이, 도펀트 농도의 높은 레벨은 0으로 인가된 전압에서 바람직하지 않은 (ψ-π)°트위스트 상태의 안정성을 이끌 것이다. 따라서, 장치를 작동시키기 전에, ψ°트위스트 상태를 핵형성하는 것이 필요하고, 이 핵형성은 ψ°트위스트 상태가 0으로 인가된 전압에서 안정되는 핵형성 영역을 제공함으로써 촉진된다. 경계값(threshold value) 위의 전압의 인가시, ψ°트위스트 상태는 핵형성 영역으로부터 활성 영역으로 분산될 것이고, 활성 영역으로부터 불필요한 (ψ-π)°를 대체할 것이다.
ψ=70°에 대해, 피치 비에 대한 두께의 임계값은 (d/p)c= -0.055이다. 액정층이 이 한계를 넘어 반전 도핑되면, 인가된 전압이 없는 상태에서의 안정된 트위스트 상태는 트위스트(ψ-π)°= -110°이다. 액정층이 임계값을 넘어 반전 도핑되는 장치에서 트위스트 ψ를 갖는 원하는 작동 상태를 액세스하기 위해서, ψ°트위스트 상태가 먼저 핵형성되어야 하고, (ψ-π)°트위스트 상태가 0으로 인가된 전압에서, 액정층으로 경계 전압보다 큰 전압을 인가함으로써, 안정되는 활성 영역으로 전파된다.
본 발명의 다른 실시예에 따라서, 도 8 및 도 9에 도시된 장치는 ψ 트위스트 상태를 핵형성하는 핵형성 영역으로 제공된다. 핵형성 영역에서 액정의 두께 대 피치 비는 활성 영역에서 액정층의 두께 대 피치 비과 다르다. 그러나, 이 실시예에서, 핵형성 영역에서 액정층의 두께 대 피치 비는 활성 영역의 두께 대 피치 비보다 낮다. 활성 영역에서의 액정 재료의 피치가, 핵 형성 영역에서의 액정 재료의 피치와 같은 장치에서, 핵 형성 영역과 활성 영역 간의 두께-피치비에서 필요한 변화는, 핵 형성 영역에서의 액정층의 두께를 활성 영역에서의 액정층의 두께보다 작게 만듦으로서 얻어진다.
예를 들어 작은 범프 또는 광-감지 폴리머의 필러(pillar)를 더함으로써, 핵 형성 영역에서의 액정층의 감소된 두께를 얻을 수 있어, 활성 영역보다 낮은 두께를 갖는 핵 형성 영역을 형성할 수 있다. 도핑량을 선택할 수 있어서, d/p 값은 활성 영역의 임계값(네거티브임)보다 같거나 작았지만(즉, 임계값보다 더 네거티브임), 핵 형성 영역의 임계값보다는 컸다.
를 갖는 상기 장치에서, 정렬된 막들 중 하나상에의 높이를 갖는 약간의 표면 양각(relief)을 더함으로써, 핵 형성 영역이 제공될 수 있다. 이것은 단 1의 두께를 갖는 액정층내의 영역을 생성할 것이다. 도핑량은 핵 형성 영역내의 -0.055의 임계값보다 큰 d/p 값을 제공하도록 선택될 수 있어서(즉, -0.054 또는 이보다 큼), 3두께를 갖는 액정층 영역에서의 값의 3배와 같은 d/p 값을 제공할 것이다. 그 결과, 액정층에 대하여 어떠한 전압도 인가되지 않으면, 핵 형성 영역내의트위스트 상태가 활성 영역으로 전달하여,트위스트 상태를 바꾸어놓을 것이다.
본 발명은 활성 영역의 두께에 비해 핵 형성 영역의 두께가 더 작기 때문에, 핵 형성 영역에보다 큰 값을 제공함으로써, 액정층으로의 적당한 전압의 인가하여,트위스트 상태의 핵 형성을 보증할 수 있다.
본 발명의 또 하나의 응용 분야는 마이크로-반사 구조(MRS)를 포함한 반사표시 장치에 관한 것이다. MRS는 알루미늄과 같은 반사 재료로 코팅된, 매끄럽게 변화하는 표면 양각으로 구성된다. 이 표면 양각은 장치에 핵 형성 영역을 제공하도록 도입될 수 있다.
예로서, 샤프 주식회사에 의해 생산된 수퍼 모바일(super mobile) HR TFT 반사 LCD는, 액정층에 인접한 장치의 후미측의 기판상에 제공된다. MRS를 제공함으로써, 액정층의 두께를 2.4내지 3.6로 변화하도록 영향을 미친다. 핵 형성 영역을 제공하기 위해, 액정 재료의 d/p 비의 값은 2.4의 액정층 두께의보다 크게(덜 네거티브임) 설정되어야 한다. 이것은 표시 장치의 명칭상의 두께(3)의보다 대략 1.25가 더 네거티브인 d/p 값을 제공할 것이다. 상술된 바와 같이, 액정층에 대하여 전압이 인가되면, 그 때 핵 형성 영역에서 스테이블한 상태인트위스트 상태가 표시 장치의 활성 영역으로 전달할 것이다.
상술된 실시예에서, 핵 형성 영역과 활성 영역 간의 두께-피치비의 변화는, 활성 영역의 액정층의 두께를 핵 형성 영역의 액정층의 두께와 다르게 함으로써 얻어질 수 있다. 전술한 실시예에서, 핵 형성 영역 내에 있는 액정 재료의 피치는 활성 영역 내에 있는 액정 재료의 피치와 동일하다. 그러나, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 활성 영역 내에 있는 액정 재료의 피치와 핵 형성 영역 내에 있는 액정 재료의 피치가 상이한 것도 가능하다. 본 발명의 이러한 실시예에서, 활성 영역 내에 있는 액정층의 두께는 핵 형성 영역 내에 있는 액정층의 두께와 동일할 수 있으며, 액정 재료의 피치에 있어서의 차이로 인해, 액정층의 활성 영역에서의 두께-피치 비가 핵 형성 영역 내의 액정층의 두께-피치 비와 상이해진다.
도 11c는, 두께는 일정하지만 항 영역에서의 액정층의 피치가 다른 영역에서의 액정 재료의 피치와 상이한 액정층을 구비하는 장치를 도시하고 있다. 도 11a 및 도 11b는 이 장치의 제조 방법을 나타내고 있다.
우선, 액정층(25)은 상부 기판(24)와 하부 기판(24') 사이에 배치된다. 상부 기판(24)에서의 정렬 방향은 하부 기판(24')에서의 정렬 방향과 동일하다.
액정층은 액정 재료 및 키랄 도펀트를 포함한다. 도 11a에서, 참조 번호 26은 액정 분자를 나타내고, 참조 번호 27은 키랄 도펀트를 나타낸다. 키랄 도펀트의 양은 액정 재료의 두께-피치 비가 0.25 이상 0.75 미만이 되어 액정 재료의 트위스트각이 180°가 되도록 선택된다.
도 11a 내지 도 11c에서, 키랄 재료는 키랄 프리폴리머 재료이다. 키랄 프리폴리머 재료는, 적합한 광 개시 재료가 존재하기만 한다면 적합한 파장에 노출될 때 교차 결합되어 폴리머 망상 구조를 형성할 수 있다는 특징을 갖는다.
도 11b에서, 액정층의 한 영역은 노광되고 액정층의 다른 영역을 노광되지 않는 선택적 노광 처리가 수행된다. 이것은, 예를 들어 적합한 마스크(28)를 통해 액정층(25)을 노광하여, 액정층의 일부가 마스크(28)에 의해 차폐되어 방사를 수광하지 않도록 함으로써 이루어질 수 있다.
도 11b의 선택적 노광 처리는 공간적인 변경 방식으로 키랄 프리폴리머 재료(27)의 선택적인 폴리머화를 행한다. 방사를 수광하는 영역으로 확산하는 키랄 프리폴리머 재료의 분자는 폴리머화하고, 노광된 영역 내에 고정된 채로 남아있게 된다. 그 결과, 키랄 도펀트의 농도는 노광되지 않았던 영역보다 노광된 영역 내에서 더 높아지게 된다.
도 11c는 도 11b의 선택적 노광 공정에 의해 제조된 장치를 도시하고 있으며, 노광되었던 액정층의 영역 A가 노광 단계동안 마스크(28)에 의해 차폐되었던 액정층의 영역 B보다 훨씬 높은 키랄 도펀트(폴리머화되지 않았음) 농도를 가짐을 알 수 있다. 액정층의 영역 A의 키랄 도펀트의 농도가 증가된 것은 액정 재료의 피치가 영역 B에서 보다 낮아져 두께-피치비가 영역 B에서보다 영역 A에서 더 크다는 것을 의미한다. 따라서, 키랄 도펀트가 배향막에 의해 도입된 트위스트와 동일한 방향으로 트위스트를 도입하는 경우, 도 3a의 장치에서 두께-피치비가 증가된 영역(11)이 핵 형성 영역으로 작용하는 것돠 동일한 방식으로 두께-피치비가 증가된 영역 A은 핵 형성 영역으로 작용하며, 영역 B는 활성 영역으로서 작용한다.
액정 재료의 피치가 변하는 본 발명의 실시예의 제조에 적합한 키랄 프리폴리머 재료의 한 예로는 BASF에서 제조한 광-폴리머화가능 다이아크릴레이트 재료 LC589이며, 대략 67 ㎛-1의 나선형 트위스팅 파워를 갖는 것으로 측정되었다. 이러한 실시예에서 적절한 네마틱 액정 재료는 Merck에서 제조한 액정 재료 E7이다. 적절한 광 개시 재료의 한 예로는 Ciba Speciality Chemicals Limited에서 제조된 IrgaCure 369이다.
한 실시예에서, 이들 재료는 100 : 0.04 : 0.0004(E7 : LC589 : IrgaCure 369) 의 비로 혼합된다. 이것은 수십 미크론의 피치를 갖는 키랄 액정 혼합물을 제공한다. 이러한 혼합물은 자외선 광으로 선택 노광에 의해 폴리머화될 수 있다.
도 11b의 노광 단계에서, 마스크(28)는 마스크(28)에 의해 차폐된 액정층의 일부가 기본적으로 전혀 방사를 수신하지 않도록 방사를 실질적으로 차단한다. 그러나, 원칙적으로, 액정층의 차폐된 부분이 액정층의 차폐되지 않은 부분보다 충분히 낮은 세기의 방사를 수신하는 경우 마스크(28)는 방사를 완전히 차단할 필요는 없다.
원칙적으로, 작은 횡단면적을 갖는 방사 빔으로 액정을 노광하고, 노광할 필요가 있는 액정층의 영역 양단에 빔을 스캐닝함으로써 선택적 노광 처리가 대안적으로 수행될 수 있다.
도 11a 내지 11c를 참조하여 설명된 방법에서, 선택적 노광 처리는 액정층내의 키랄 도펀트의 농도의 공간 변화를 발생하며, 이러한 변화는 액정 재료의 피치의 변화를 생성하는 키랄 도펀트의 농도 변화이다. 피치의 변화를 포함하는 액정층을 생성하는 대안적 방법에서는, 노광에 의해 나선형 트위스팅 파워가 선택적으로 변경될 수 있는 키랄 도펀트가 사용된다. 이러한 방법에서, 선택적 노광 처리를 하면 액정층의 노광 영역의 키랄 도펀트의 나선형 트위스팅 파워를 변경하는 효과를 갖는다. 그러한 키랄 도펀트를 포함하는 액정층을 선택적으로 노광하면 키랄 도펀트의 나선형 트위스팅 파워의 공간 변화가 발생되어, 액정층의 두께-피치비의 공간 변화를 생성한다.
노광에 의해 나선형 트위스팅 파워가 선택적으로 변경될 수 있는 키랄 도펀트의 한 예로는 18thInternational Liquid Crystal Conference, Sendai, Japan,P536(2000)의 요약 부분의 "Photo switching of helical twisting power of a chiral diarylethane dopant in a chiral nematic liquid crystal"에서 T. Yamaguchi 등에 의해 기술된 다이아크릴에탄 키랄 도펀트이다.
상기 실시예들에 있어서는, 액정층의 두께 또는 액정 재료의 피치를 핵 형성 영역이 아니라 활성 영역에서 다르게 함으로써 활성 영역의 두께-피치비를 핵 형성 영역의 두께-피치비와 다르게 하였다. 그러나, 원리 상으로는, 핵 형성 영역과 활성 영역 사이에서 두께와 피치 모두를 변화시킬 수 있다.
나선형 트위스팅 파워를 노광에 의해 선택적으로 변경시킬 수 있는 키랄 도펀트를 사용함으로써 피치 변화를 유도하는 실시예에서는, 노광에 의해 유도되는 액정 재료의 피치 공간 변화를 주어진 지향성 구성을 안정화시키는 폴리머 망상 구조에 의해 안정화시킬 수 있다. 폴리머 망상 구조의 중합은 피치 변화를 유도하는 데 이용되는 단계와 동일한 단계에서 달성되거나 별도의 노광 단계를 필요로 할 수 있다.
파이-셀(pi-cell) 액정 장치에서 두께 변화의 특징으로부터 파이-셀 핵 형성을 증명하기 위해, 두께에 스텝 변화를 포함시킨 테스트 셀을 구성하였다. 이 테스트 셀은 네가티브 포토레지스트 재료(마이크로리소그래피 케미칼사에 의해 제조된 SU-8)을 이용하였다. 세정된 유리 기판 상에 포토레지스트층을 25초 동안 1400rpm의 속도로 스피닝시켜 거의 균일한 3㎛ 두께의 막을 형성하였다. 유리 기판은 사전에 투명 도전 재료인 산화 인듐 주석(ITO)의 박막층으로 균일하게 도포되어졌다. 이 막을 1분간 65℃에서 베이킹시킨 후 다시 1분간 95℃에서 베이킹시켜임의 용매를 제거시켰다. 다음에, 이 막을 적합한 포토마스크를 통해 70초 동안 UV 광에 노광시킴으로써 선택된 면적에서 교차 결합시켰다. 다음에, 이 막에 대해 1분간 50℃에서 2차 베이킹 처리를 행하고 나서, 다시 2분간 95℃에서 2차 베이킹 처리를 행한 후, 용매 'EC'(마이크로리소그래피 케미칼사에 의해 제조되어짐) 중에 60초 동안 침지시킨 후 신선한 'EC' 용매로 30초 동안 세정시켰다. 이 용매에 의해 UV 광에 대한 노광으로부터 마스킹되어진 SU8의 부분들이 제거되어 선택된 영역에서의 유리 기판을 재노광시켰다. 최종으로, 교차 결합된 포토레지스트의 3㎛ 두께의 스텝 형상 영역을 1시간 동안 180℃에서 큐어링시킴으로써 경화시켰다.
테스트 셀에서의 액정의 움직임을 조사하기 위해, 상기와 같이 일단 준비된 기판을 정렬 재료(니산 케미칼스에서 제조한 SE7792)의 박막층으로 피복하였다. 정렬 재료를 용매 중에서 용해시킨 후 25초 동안 2000rpm의 속도로 스피닝시켜 약 50㎚ 두께의 막을 형성하였다. 2차 세정되고 균일한 ITO로 피복된 유리 기판을 또한 이 정렬 재료로 피복시켰다. 다음에, 두 기판(균일한 기판과, 패터닝된 스텝 형상의 SU8 영역을 갖는 기판)을 180℃에서 2시간 동안 베이킹시켜 정렬층을 큐어링시켰다. 이들 기판을 일단 냉각시킨 후, 부드러운 천으로 단일 방향으로 문질러 액정에 대한 정렬 방향을 규정한다. 다음에, 이들 기판을 (파이-셀이 형성되도록)평행하게 정렬 방향으로 어셈블링한 후 기판의 주연부에서 글루의 트랙으로 피착된 유리 스페이서 비즈를 이용하여 10㎛ 이격시켰다. 최종으로, 이들 기판 간의 갭을 구매가능한 액정 E7(Merck)으로 충전시켰다. 이들 기판 간의 갭(즉, LC 층의 두께)은 3㎛의 하이 SU8 포토레지스트 형상이 존재하여 층 두께가 7㎛로 감소될 경우를 제외하고는 10㎛이었다. 액정 E7은 구매가능한 도펀트 재료인 R1011(Merck)을 이용하여 키랄적으로 도핑되어 피치의 범위 P가 28㎛ < P < 40㎛가 되었다. 그 결과 액정층의 두께가 10 ㎛인 셀의 영역들은 0.357 > d/p > 0.25 인 d/p 값을 가지는 것에 의해, 0V에서 180°트위스트 영역을 안정화시킨다. 비교해보면, 셀 두께가 7㎛인 영역들은 0.25 > d/p > 0.175 을 가지며, 안정된 0V 상태는 스플레이(또는 H-) 상태이다. 본 발명에 따라, 전압이 완전한 파이-셀에 인가됨에 따라 안정화된 트위스트의 두꺼운 영역들이 스플레이 상태의 얇은 영역의 경계에서 핵형성을 촉진시키고 있음을 실험적으로 관찰할 수 있었다.
본 발명에 따른 TFT 액정 판넬은 이하에서 상세히 설명된다. 이 경우에는, 바람직하게는 핵형성 영역이 V-상태로 급속히 전이되어 디스플레이 영역의 H-상태가 H-상태로부터 V-상태로 전이되도록 촉진된다(밴드 전이). 이 때문에, 핵형성 영역은 기본적으로 픽셀을 둘러싸도록 제공된다.
TFT 액정 판넬은 TFT 기판(즉, 하부 기판)과 카운터 기판(즉, 상부 기판), 및 기판 쌍 사이에 배치된 액정층을 포함한다. 컬러 필터(픽셀 개구)과 비-픽셀 영역이 카운터 기판에 제공된다. 도 12는 TFT 액정 판넬의 확대된 픽셀 부분을 도시하는 상면도이다. TFT(117), TFT(117)를 제어하기 위한 게이트 전극(113), 신호를 픽셀에 전송하기 위한 소스 전극(114), 픽셀 전극(도시되지 않음), 및 전하를 픽셀에 전송하기 위한 드레인 전극(115)이 TFT 기판 상에 제공된다.
픽셀의 개구가 픽셀 개구(111)에 제공된다. 컬러 필터(도시되지 않음)가 픽셀 개구(111)에 제공된다. 한개의 픽셀이 한개의 픽셀 개구(111)에 대응할 수 있다. 대안으로, 한개의 픽셀은 복수개의 픽셀 개구(111)에 대응할 수 있다. 역으로, 복수개의 픽셀은 한개의 픽셀 개구에 대응할 수 있다. 비-픽셀 영역(112)이 픽셀 개구(111) 주위에 제공된다. 전형적인 비-픽셀 영역(112)은 흑색광 블로킹 필름으로 이루어진다.
도 12는 카운터 기판 상의 광 블로킹 영역(112)의 윤곽을 보여주어, TFT 기판에 제공된 전극들과 TFT(117)가 윤곽을 통하여 보여지게 한다.
게이트 전극(113)에 전압이 인가될 때, 소스 전극(114)에 인가된 전하는 TFT(117)로부터 드레인 전극(115)으로 흐르고, 그 다음에 픽셀 전극(도시되지 않음)으로 흐른다. 투명 전극이 카운터 기판 상에 액정층을 통하여 제공된다. TFT 기판 상의 픽셀 전극과 카운터 기판 상의 투명 전극 사이의 액정층은 전하에 의해 생겨난 전기장에 의해 동작된다.
예를 들어, TFT 액정층은 다음과 같은 방법으로 구동된다: 신호가 소스 전극(114)으로 출력되고 그후 게이트 전극(113)이 잇따라서 턴온되어 신호를 각 픽셀에 기록한다; 또는 신호가 먼저 게이트 전극(113)에 전송되어 게이트 전극이 턴온되며, 그 후에 신호는 소스 전극(114)을 통하여 각 픽셀에 기록된다. 게이트 전극(113)을 이용하여, 복수개의 TFT(117)가 한 필드 기간에 연속적으로 턴온된다. 전압이 하나의 게이트 전극(113)에 실제적으로 인가되는 시간은 수직의 스캐닝 라인의 수 만큼 나뉘어진 하나의 필드를 스캐닝하는데 걸리는 시간과 거의 동일하다. 하나의 소스 전극(114)에 대하여, 하나의 수평 주사 시간 동안 전압이 인가된다. 그러므로, 소스 전극(114)의 경우 보다 긴 시간 동안 거기에 전압이 인가된다. 소스 전극(114)으로의 인가 전압은 신호 전압에 대응한다. 예를 들면, 벤드 상태의 경우, 하나의 필드 주사 시간(표시 시간) 동안 각 픽셀 부근의 소스 전극(114)에 2.5V 내지 6V의 전압이 인가된다.
어느 경우든, 각 픽셀에 대하여, 액정층을 동작시키는 데 소요되는 충전 시간은 대략 필드를 주사하는 데 소요되는 시간을 패널 내의 픽셀 수로 나눈 시간(픽셀 표시 시간)과 거의 같다. 그러므로, 픽셀에 신호를 기록하는 데 소요되는 시간은 1 픽셀 표시 시간에 비하여 상당히 짧다. TFT가 턴오프된 후에도 액정층이 동작되는 동안의 시간 동안 액정층에 인가되는 전압을 유지시킬 필요가 있다. 이 때문에, TFT(117)가 턴오프된 후에도 픽셀에 인가되는 전압을 유지시키기 위하여 TFT 기판 상에 저장 커패시터(116)가 제공된다.
소스 전극(114) 및 게이트 전극(113)과 다르게, 저장 커패시터(116)는 다음 신호가 픽셀에 기록될 때까지 인가 전압을 유지시키기 위하여 제공된다. 전압이 픽셀에 인가될 때 저장 커패시터(116)에 전압이 인가된다. 액정층은 전압이 픽셀에 인가되는 시간 동안 동작된다. 이 시간 동안, 바람직하게는 표시 영역(활성 영역) 및 비표시 영역(핵형성 영역) 양자 모두에 전압이 인가된다. 그러므로, 저장 커패시터(116) 부근에의 본 발명의 핵형성 영역의 제공은 벤드 상태를 획득하는 데 유용하다.
소스 전극(114) 및 게이트 전극(113)에 전압이 간헐적으로 인가되기 때문에, 소스 전극(114) 및 게이트 전극(113) 부근에 핵형성 영역들을 제공하는 것이 바람직하다. 소스 전극(114) 및 게이트 전극(113) 외에 저장 커패시터(116) 부근에도핵형성 영역을 제공하는 것이 더욱 바람직하다.
도 13a 내지 13c는 TFT 액정 패널에서의 핵형성 영역을 개략적으로 도시하는 상면도이다. 도 13a 내지 13c에 도시된 핵형성 영역을 도 12의 것과 비교하여 설명한다.
도 13a는 픽셀 개구부(111), 비표시 영역인 차광부(120)(블랙 매트릭스), 및 저장 커패시터(116)가 제공되는 영역에만 제공되는 핵형성 영역(121) 사이의 위치 관계를 도시한다. 상술한 바와 같이, 저장 커패시터(116)는 핵형성 영역(121)으로서 효과적으로 기능한다. 충분한 영역이 제공되지 않고 전체 픽셀이 V 상태로 천이될 수 없을 때는, 핵형성 영역이 소스 전극(114) 또는 게이트 전극(113)에 대응하는 영역에 제공될 수도 있다.
도 13b는 소스 전극(114)이 제공되는 영역에 대응하는 핵형성 영역(122), 및 저장 커패시터(116)가 제공되는 영역에 대응하는 핵형성 영역(121)을 도시한다.
도 13c는 게이트 전극(113)이 제공되는 영역에 대응하는 핵형성 영역(123), 및 저장 커패시터(116)가 제공되는 영역에 대응하는 핵형성 영역(121)을 도시한다.
상술한 바와 같이, 핵형성 영역은 게이트 전극(113), 소스 전극(114), 또는 저장 커패시터(116), 또는 그들의 어떠한 조합에도 제공될 수 있다.
도 14는 본 발명에 따른 고 개구율 TFT 액정 패널(1400)의 상면도이다. 도 14의 고 개구율 TFT 액정 패널(1400)의 구조는 일본특개평 9-152625호에 개시된 것과 유사하다.
픽셀의 표시 부분에 대응하는 픽셀 전극(132)은 소스 전극(133) 및 게이트전극(135)에 의해 둘러싸인다. 도 14는 하나의 픽셀만을 도시하고 있지만, 고 개구율 TFT 액정 패널(1400)은 복수개의 픽셀을 포함할 수 있다. 픽셀 전극(132)은 (예를 들면 인듐 주석 산화물(ITO)로 이루어진) 투명 전극이다. 소스 전극(133)과 게이트 전극(135) 사이의 교차부에 TFT(131)가 제공된다. 그 사이에 픽셀 전극(132)이 제공되는 2개의 소스 전극(133) 양단에 저장 커패시터(134)가 제공된다. 저장 커패시터(134)는 픽셀 전극(132)의 커패시턴스를 보충한다. 투명 전극(136)이 TFT(131)의 드레인 전극(137)으로부터 저장 커패시터(134)까지 연장되고, 저장 커패시터(134) 상에서 투명 전극(136)은 픽셀 전극(132)과 접촉한다.
도 15는 도 14의 A-A' 라인을 따라서 절취한, 고 개구율 TFT 액정 패널(1400)의 단면도이다. TFT 기판(148)과 대향 기판(149) 사이에 액정층(147)이 제공된다. 소스 전극(133)(도 14), 게이트 전극(135), 및 TFT(131)(도 14)를 피복하도록 수지 평탄화층(141)이 제공된다. 수지 평탄화층(141) 상에 픽셀 전극(132)이 제공된다. 드레인 전극(137)(도 14)에 접속된 투명 전극(136)이 층간 절연막(145) 및 저장 커패시터(135)를 통하여 보조 커패시턴스를 생성하고, 콘택트 홀(144)에서 픽셀 전극(132)에 접속된다.
그러한 구조에서는, 수지 평탄화층(141)이 TFT(131) 상에 제공되어(도 14), 소스 전극(133) 및 게이트 전극(135)을 고려하지 않고도 인접 영역들이 서로 가능한 한 근접할 수 있다. 그러므로, 고 개구율이 달성될 수 있다.
이렇게 제조된 고 개구율의 TFT 액정 패널(1400)에 있어서, 픽셀 전극(132) 및 인접한 픽셀 전극(132)간의 갭은 수 마이크론 이하만큼 작다. 따라서, 핵형성영역은 각 픽셀간에 제공될 수 없다.
그러나, 이러한 구조에서는, 저장 커패시터(134)가 픽셀 전극(132)과 접촉하여 이러한 영역 내에 컨텍트 홀(144)이 제공된 영역으로부터 수지 평면화층(141)이 제거된다. 도 15에 도시된 바와 같이, 컨택트 홀(144) 내의 액정층(147)의 두께는 핵형성 영역에 대한 d/p 조건을 만족하는 값보다 먼저 설정된다. 저장 커패시터(134)는 Ta와 Ti의 다중층, 또는 Ta, Ti, 및 Al 등의 다중층으로 만들어진 비투과성 전극이다. 따라서, 저장 커패시터(134)는 컨택트 홀(144)에 제공된 핵형성 영역을 통과하는 광을 차단한다. 따라서, 핵형성 영역은 디스플레이에 영향을 미치지 않는다. 픽셀 전극(132)에 전압이 인가될 때, 전압이 또한 저장 커패시터(134)에도 인가된다. 이러한 경우, 핵형성 영역이 V-상태로 변화할 때, 픽셀 전극에 대응하는 영역은 H-상태로부터 V-상태로 변화한다.
저장 커패시터(134)의 폭은 전형적으로 픽셀의 길이 방향[즉, 소스 전극(133)에 평행한 방향]의 수 % 내지 20 %로 설계된다. 이러한 경우, 충분한 핵형성 영역이 보장된다. 상술된 바와 같이, 핵형성 영역이 각 픽셀간에 제공되지 않더라도, 저장 커패시터(134)에서의 영역은 유효한 핵형성 영역으로서 사용될 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 V-상태로의 변화를 촉진시키기 위해 180°트위스트 영역 및 넓혀진 영역을 포함하는 예시적인 액정 표시 장치를 도시한다. 도 16a는 인가된 전압이 없을 때, 활성 영역(210)에서의 액정 분자는 H-상태에 있고, 핵형성 영역(220)에서의 액정 분자는 180°스위스트된 상태에 있는 것을 도시한다. 도 16b는 활성 영역(210)의 단면도를 도시한다.
도 16a 및 도 16b의 액정 표시 장치에 있어서, 액정층(205)이 상부 기판(201a) 및 하부 기판(201b)간에 제공된다. 투명 전극(202a)이 상부 기판(201a)상에 제공되고, 정렬층(203a)가 투명 전극(202a) 상에 제공된다. 활성 영역(210)에서, 스텝 물질(204)이 하부 기판(201b) 상에 제공되어 활성 영역(210) 및 핵형성 영역(220)간에 레벨차 d1이 발생한다. 투명 전극(202b)이 제공되어, 활성 영역(210) 및 핵형성 영역(220) 위에 있는 스텝 물질(204)을 커버한다. 정렬 막(203b)이 투명 전극(202b)상에 제공된다. 이러한 경우, 액정층(205)의 두께는 d2이고, 핵형성 영역(202)의 폭은 W이다.
도 16b에 도시된 바와 같이, 상부 기판(201a) 상의 정렬막(203a) 및 하부 기판(201b)상의 정렬막(203b)이 정렬 처리되어, 정렬막(203a, 203b)은 각각 θ1및 θ2의 틸트각을 갖는다. 정렬 처리는 러빙, 자외선광의 노광, 또는 SiO에 의한 경사면 증착 등에 의해 수행된다. 이러한 경우, 일례로서, 도 16b에서 화살표로 표시된 방향으로 러빙이 수행된다. 각각의 정렬막(203a, 203b)에 대하여 틸트각 θ1및 θ2를 유지하는 것은 매우 중요하며, 정렬 방향은 마음대로 설정된다. 활성 영역(210) 내의 액정층(205)의 틸트각은 핵형성 영역(220) 내의 액정층(205)의 틸트각과 실질적으로 동일할 수 있고, 각각의 틸트각은 상부 기판(201a)(또는 정렬막(203a) 및 액정층(205)에 따라 결정된다. 유사한 방식으로, 활성 영역(210)내의 액정층(205)의 틸트각은 핵형성 영역(220) 내의 액정층(205)의 틸트각과 실질적으로 동일하고, 각각의 틸트각은 하부 기판(201b)(또는 정렬막(203b) 및 액정층(205)에 따라 결정된다. 상기 2가지 경우중 적어도 하나가 만족될 때, 전체 상부 및/또는 하부 기판(201a, 20b)가 동일하게 정렬 처리될 수 있어, 제조 비용을 감소킨다.
액정 표시 장치에 전압이 인가될 때, 활성 영역(210)은 180°트위스트 상태에서 핵형성 영역(220)에 인접한 영역으로부터 시작하는 넓혀진 상태(H-상태)로부터 굽힘 상태(V-상태)로 변화된다. 표시 영역으로서 사용되는 활성 영역(210)은 전압이 인가될 때, 굽힘 상태로 변화햐야 한다. 따라서, 높은 속도의 변화가 양호하다.
도 16b에 도시된 바와 같이, 액정 재료의 도핑된 키랄 농도, 액정층(205)의 두게 d2및 레벨차 d1은 초기 정렬에서 180°트위스트 상태 및 H-상태의 공존시 핵심 역할을 한다. 상술한 바와 같이, 180°트위스트 상태 영역에서 (d1+d2)/p＞0.25이고, 넓혀진 상태 영역에서 d2/p＞0.25가 만족되어야 하고, 이때, p는 키랄 도핑 이후의 액정 재료의 고유한 피치이다. 발명가들은 키랄 물질로서 CN(Cholesteryl Nonahoate)가 사용되고 플루오르 베이스된 액정 ZLI-4792가 사용되는 경우 180°트위스트 상태 및 H-상태의 공존에 관하여 연구하였다.
도 17은 레벨 차 d1과 관계식 (d1+d2)/p에 대한 공존 영역(coexistence region) 내의 변화를 나타내는 그래프이다. 이러한 경우에, 정렬막의 틸트각은 대략 4°이다. (d1+d2)/p는 키랄 농도(chiral concentration)를 조절함으로써 변경될 수 있다. 도 17에 도시된 바와 같이, H 상태 및 180°트위스트 상태의 안정한 공존을 위해서는 소정의 레벨 차 d1이 필요하다. 키랄 농도가 높을 때, 액정 표시 장치가 정상적으로 화이트 모드이면, 화이트 상태에서의 투과는 낮다. 만족스러운 전압-투과 특성을 얻기 위해, 낮은 키랄 농도가 바람직하다. 앞서 말한 것을 고려하면, (d1+d2)/p은 바람직하게는 0.25 이상이고 0.75이하이며, d1은 바람직하게는 0.4 ㎛ 이상이다. 보다 바람직하게는, (d1+d2)/p은 대략 0.28이고, 레벨 차 d1은 대략 1.6 ㎛이다.
틸트각 θ1및 θ2가 클 때, 도 22에 도시된 바와 같이, (d1+d2)/p가 만족되는 경우라도, 180°트위스트 상태 및 H 상태가 공존할 수 있는 범위가 있다. 이러한 경우에, 그러나, 안정한 틸트각이 선택된다.
또한, 180°트위스트 상태 및 H 상태의 공존은 도 16a에 도시된 폭 W의 크기에 종속한다. 특히, 180° 트위스트 상태에서 영역의 폭 W가 작을 때, (d1+d2)/p이 0.25 이상이고 0.75이하이며, 레벨 차 d1이 0.4 ㎛ 이상이더라도, 180°트위스트 상태 및 H 상태는 공존하지 않을 수 있다. 도 18은, (d1+d2)/p = 0.28 d1 =1.6 ㎛일 때 폭 W의 값에 종속하는 공존의 존재 또는 부재를 나타낸다. 그 결과, 공존을 위해서는 10 ㎛ 이상의 폭, 보다 바람직하게는 대략 20 ㎛ 이상의 폭을 필요로 한다.
본 발명이 투과형 액정 표시 장치에 적용될 때, 180°트위스트 상태의 영역(즉, 핵형성 영역)은 광을 통과시키지 않도록 차폐되고, 이에 따라 V 상태로의 천이를 증진시키게 된다. 따라서 핵형성 영역은 표시 영역으로 사용되지 않는다. 액정층은 활성 영역과 핵형성 영역 간에 서로 다른 두께를 가지며, 따라서 서로 다른 레벨의 지연(retardation)을 갖게 된다. 따라서, 180°트위스트 상태의 영역(즉, 핵형성 영역)은 비 표시 영역으로 간주된다. 그러나, 굽힘 상태(bend state) 및 180°트위스트 상태 모두의 영역은 표시 영역으로 사용될 수 있다. 표시 영역 내의 180°트위스트 상태 영역의 비는 임의로 결정된다. 본 발명에 따른 모범적인 투과형 및 반사형 액정 표시 패널이 설명될 것이다.
제안된 투과 및 반사형 액정 표시 패널에 있어서, 반사 표시 영역 및 투과 표시 영역이 하나의 픽셀에 제공된다. 이러한 패널이 도 19에 도시되어 있다. 도 19의 패널에 있어서, 액정층(205)은 하나의 픽셀에서 다른 두께를 가진 영역들을 포함한다. 다른 두께는 스텝(예를 들면 비아홀)에 의해 기인한다. 반사 전극(206)은 보다 얇은 두께를 가진 영역 상에 제공되며, 이 영역은 반사 영역이다. 보다 두꺼운 영역은 투과 영역이다. 이러한 구조에 의해서, 주위가 어두운 경우에, 백라이팅을 사용하여 장치가 투과형 액정 표시 장치로서 작용하도록 할 수 있다. 반대로, 주위가 밝은 경우에는 장치가 백라이팅없이 표시할 수 있으며 반사 액정 표시 장치로서 작용할 수 있다.
도 20은 상기 예의 장치의 평면도로서 액정층의 큰 두께 d2는 6㎛이고, 레벨 두께 d1은 3㎛이다. 하나의 실험에서, 각 픽셀은 길이 Hp= 300㎛ 및 폭 Wp= 100㎛를 가지며, 180°트위스트 상태(T-상태) 영역은 길이 HT= 150㎛를 가지며, H-상태 영역은 길이 Hs= 150㎛를 갖는다. 이 경우에, 장치는 만족스러운 표시 특성을 갖는다. 픽셀의 사이즈 및 레벨 차이의 사이즈는 상술한 조건이 만족되는 경우에 자유롭게 선택됨을 유의하기 바란다.
이어서, 180°트위스트 상태 영역 및 H-상태 영역이 표시 영역으로서 사용되는 투과형 액정 표시 장치에 대하여 설명한다. 이 경우에, 액정층의 지연은 상술한 바와 같이 액정층의 두께를 조정함으로써 변경된다. 벤드 상태가 표시를 위해 사용되는 복굴절 모드에 있어서, 블랙 상태가 인가 전압의 존재시에 표시되는 경우에 최대 전압이 블랙 상태를 표시하도록 인가되는 광 보상판이 사용된다. 즉, 블랙 표시는 최대 인가 전압의 존재시에 액정의 지연을 오프셋하는 지연을 갖는 지연판을 사용하여 수행된다.
그러나, 이러한 모드에서, 인가 전압이 블랙 표시를 위한 최적 전압 이상이고 인가 전압이 최적 전압 이하인 경우에 콘트라스트는 저하된다. 일반적으로, 소망의 콘트라스트 이상이 얻어지는 전압 범위를 블랙 표시용 마진(다크 전압 허용 가능 폭)이라 부른다. 전형적으로, 복굴절 모드는 마진이 좁다.
이러한 상황에서, 180°트위스트 상태 영역 및 H-상태 영역이 공존하는 경우에, 마진이 보다 크게될 수 있다. 도 20은 하나의 픽셀 내의 180°트위스트 상태 영역 및 H-상태 영역을 개략적으로 나타내는 평면도이다. 도 20에서, Hs/HF는 픽셀에 대한 180°트위스트 상태 영역의 비이다. 도 21은 200 : 1이상의 콘트라스트를만족시키는 다크 전압 마진 및 픽셀에 대한 180°트위스트 상태 영역의 비 Hs/HF를 나타내는 그래프이다.
다크 전압 마진은 레벨차 d1에 의존한다. 다크 전압 마진은 d1= 1.0㎛이고, Hs/HF= 50% 일때 또는 d1=0.5㎛ 및 HS/HF= 20% 이상 일때 약 0.1V 만큼 확대될 수 있다.
따라서, 다크 전압 마진은 180。트위스트 상태 영역 및 H-상태 영역이 공존할 때에 증가될 수 있다. 따라서, 180。트위스트 상태 영역이 표시 영역에 제공된다 해도 인가 전압의 변위에 의한 콘트라스트의 변화가 억제될 수 있다. 또한, 스텝은 T-상태 영역을 생성하도록 H-상태에서 다크 전압 마진만을 변화시키지 않도록 제공될 수 있다. 따라서, 양 영역은 표시 영역으로서 사용될 수 있다.
본 발명의 액정 표시 장치는 제1 및 제2 기판 사이에 배치된 키랄 액정 재료로된 액정층을 포함한다. 액정층의 활성 영역은 두께 대 피치비(d/p)A를 갖는다. 액정층은 또한 두께 대 피치비(d/p)A보다는 두께 대 피치비(d/p)N를 갖는 핵형성 영역(nucleation region)을 갖는다. 활성 영역과 핵형성 영역 간의 두께 대 피치비의 차이로 인하여 제로 또는 낮은 인가 전압의 존재시에 활성 영역에서의 액정의 안정 상태는 핵형성 영역의 안정 상태와 다르다.
본 발명의 일 실시예에서는 두께 대 피치비는 활성 영역에서 보다 핵형성 영역에서 크다. 이 실시예는 비아홀이 핵형성 영역에 제공되는 반사형 액정 표시 장치에 의해서 달성된다.
본 발명의 액정 표시 장치는 고레벨의 인가 전압 없이도 동작될 수 있다.
본 발명의 영역 및 정신을 벗어남이 없이 본 기술 분야에 숙련된 자에 의해서 다양한 다른 변형이 용이하게 이루어 질 수 있음은 자명하다. 따라서, 첨부된 특허 청구의 범위의 영역은 본 명세서의 상세한 설명에 제한되지 않고 광의적으로 해석되어야 한다.

Claims (32)

  1. 제1 기판 및 제2 기판 사이에 배치된 키랄 액정 물질(chiral liquid crystal material)의 층; 및 상기 액정층의 양단에 전압을 인가하기 위한 수단을 구비하는 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 액정층의 제1 영역은 표시를 위한 활성 영역(active region)이고, 상기 액정층의 제2 영역은 상기 액정층의 양단에 전압을 인가할 때 상기 제1 영역에 소망의 액정 상태를 생성하기 위한 핵형성 영역(nucleation region)이며,
    상기 액정층의 두께 d와 상기 액정 물질의 피치 p의 비가 상기 액정층의 상기 제1 영역에서는 제1 값(d/p)A을 가지며, 상기 액정층의 상기 제2 영역에서는 제1 값과 다른 제2 값(d/p)N을 가지며,
    상기 액정층의 제2 영역에서의 상기 액정층의 두께 d와 상기 액정 물질의 피치 p의 비의 값 (d/p)N은, 상기 액정층의 양단에 전압이 인가되지 않을 때, 상기 액정층의 상기 제2 영역에서 안정한 액정 상태는 소망의 액정 상태와 등가의 토폴로지를 갖도록(topologically equivalent) 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액정층의 제1 영역 및 제2 영역에서의 상기 액정층의 두께 d와 상기 액정 물질의 피치 p의 비의 값은, 상기 액정층의 양단에 전압이 인가되지 않을 때, 제1 트위스트 각을 갖는 제1 액정 상태가 상기 액정층의 상기 제1 영역에서 안정되고 상기 제1 트위스트 각과 다른 제2 트위스트 각을 갖는 제2 액정 상태는 상기 액정층의 제2 영역에서 안정되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1 트위스트 각은 상기 제2 트위스트 각과 180°서로 다른 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제2 액정 영역에서의 상기 액정층의 두께 d와 상기 액정 물질의 피치 p의 비의 값 (d/p)N은 상기 제1 액정 영역에서의 상기 액정층의 두께 d와 상기 액정 물질의 피치 p의 비의 값 (d/p)A보다 큰 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 제2 액정 영역에서의 상기 액정층의 두께 d와 상기 액정 물질의 피치 p의 비의 값 (d/p)N은 상기 제1 액정 영역에서의 상기 액정층의 두께 d와 상기 액정 물질의 피치 p의 비의 값 (d/p)A보다 큰 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서, 0°트위스트 상태는 H-상태인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 제4항에 있어서, 상기 제1 기판에서의 정렬 방향은 상기 제2 기판에서의 정렬 방향과 평행하고, 상기 액정층의 상기 제1 영역 및 제2 영역에서의 상기 액정층의 두께 d와 상기 액정 물질의 피치 p의 비의 값은 (d/p)A<0.25 가 되고 0.25≤ (d/p)N≤0.75 가 되도록 선택되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 액정층의 상기 제1 영역에서의 상기 액정층의 두께 d와 상기 액정 물질의 피치 p의 비는 (d/p)A<0.125를 만족하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 액정층의 상기 제1 영역에서의 상기 액정층의 두께 d와 상기 액정 물질의 피치 p의 비는 (d/p)A<0.1 를 만족하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 장치는 표면 모드(surface mode) 액정 표시 장치인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 장치는 파이-셀(pi-cell)인 것을 특징으로 하는 액정표시 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 활성 영역에서의 소망의 액정 상태는 V-상태인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 장치는 반사형 액정 표시 장치인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제2 액정 층 영역은 비아-홀(via-hole)에 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  15. 제1항에 있어서, 상기 장치는 투과 및 반사형 액정 표시 장치인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제2 영역은 상기 투과 및 반사형 액정 표시 장치의 투과 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  17. 제15항에 있어서, 상기 핵형성 영역 및 활성 영역은 상기 투과 및 반사형 액정 표시 장치의 표시 영역에 설치되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  18. 제1항에 있어서, 상기 액정층의 제2 영역에서의 액정층의 트위스트는 영이 아니고, 액정 분자의 자연 상태의 트위스트와 반대(opposite to the natural twist)이며,
    상기 액정층의 제2 영역에서의 상기 액정층의 두께 d와 상기 액정 물질의 피치 p의 비의 값 (d/p)N은 상기 액정층의 제1 영역에서의 상기 액정층의 두께 d와 상기 액정 분자의 피치 p의 비의 값 (d/p)A보다 작은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1 기판에서의 정렬 방향은 상기 제2 기판에서의 정렬 방향과 ψ 각도를 이루며, 상기 액정층의 상기 제1 영역 및 제2 영역에서의 상기 액정층의 두께 d와 상기 액정 분자의 피치 p의 비의 값은
    가 되고가 되도록
    선택되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  20. 제1항에 있어서, 상기 제1 액정층 영역에서의 상기 액정 물질의 피치 pA는 상기 액정층의 제2 영역에서의 상기 액정 물질의 피치 pN과 같지 않은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  21. 제1항에 있어서, 상기 액정층의 제1 영역에서의 상기 액정층의 두께 dA는 상기 액정층의 제2 영역에서의 상기 액정cmd의 두께 dN과 같지 않은 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  22. 제1항에 있어서, 상기 전압 인가 수단은 상기 제1 영역 및 제2 영역 양단에 전압을 인가하도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  23. 제22항에 있어서, 상기 제1 영역은 상기 제2 영역으로 둘러싸여 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  24. 제1항에 있어서, 상기 전압 인가 수단은 상기 제2 영역 양단에 전압을 인가하지 않도록 되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  25. 제24항에 있어서, 상기 제2 영역은 픽셀간 갭(inter-pixel gap)에 배치되어 있는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  26. 제1항에 있어서, 상기 핵형성 영역에는 상기 액정 표시 장치의 표시 영역에 전압이 인가되는 시간과 실질적으로 동일한 시간 동안 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  27. 제1항에 있어서, 보조 용량 전극(auxiliary capacitance electrode)을 더 구비하되,
    상기 핵형성 영역은 상기 보조 용량 전극의 근방에 설치되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  28. 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 액정층; 및 상기 액정층 양단에 전압을 인가하기 위한 수단을 구비하는 액정 표시 장치에 있어서,
    상기 액정층은 제1 두께를 갖는 제1 영역과, 이 제1 영역에 인접한 제2 두께를 갖는 제2 영역을 포함하며,
    상기 제1 영역내의 액정층의 제1 상태 및 상기 제2 영역내의 액정층의 제2 상태는 소정의 조건하에서 공존하고,
    상기 제1 상태는 상기 제2 상태와 서로 다른 토포그라피(topographically different)를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 소정의 조건은 상기 액정층의 양단에 인가된 전압이 없는 것임을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  30. 제28항에 있어서, 상기 제1 상태는 H-상태이고, 상기 제2 상태는 T-상태인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  31. 제28항에 있어서, 상기 액정층의 틸트각은 상기 액정층과 상기 제1 기판에 의해 정의되고, 상기 제1 영역에서의 액정층의 틸트각은 상기 제2 영역에서의 액정층의 틸트각과 실질적으로 동일한 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  32. 제28항에 있어서, 상기 제1 상태 및 제2 상태는 상기 액정층의 양단에 인가된 전압이 있을 때에는 V-상태인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
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