KR20010093669A

KR20010093669A - 액정 디스플레이 및 액정 디스플레이 제조 방법

Info

Publication number: KR20010093669A
Application number: KR1020010014552A
Authority: KR
Inventors: 하세가와레이; 후꾸시마리에꼬; 사이슈다쯔오; 야마구찌하지메; 다까또고끼
Original assignee: 니시무로 타이죠; 가부시끼가이샤 도시바
Priority date: 2000-03-29
Filing date: 2001-03-21
Publication date: 2001-10-29
Also published as: CN1315670A; JP3408491B2; TW594615B; US20010026340A1; US6614491B2; US20040004677A1; US6762812B2; KR100384808B1; JP2001281667A; CN1149439C

Abstract

본 발명은 픽셀들의 주변 부분으로부터 광이 누설되는 것을 방지하고 우수한 디스플레이 성능을 갖는 액정 디스플레이를 제공한다. 액정 디스플레이는, 다수의 주사선들과 다수의 신호선들, 다수의 스위칭 소자들, 다수의 픽셀 전극들, 및 상기 제1 기판 상에 상기 픽셀 전극들을 덮도록 형성된 제1 얼라이먼트층을 포함하는 어레이 기판; 대향 전극과, 상기 제2 기판 상에 상기 대향 전극을 덮도록 형성된 제2 얼라이먼트층을 포함하는 대향 기판; 및 자발 분극을 가지며 카이랄 스메틱 C 상(相) (chiral smectic C phase)의 고온측 상에 네마틱 상 또는 이방성 상을 가지는 액정 재료를 포함하고, 상기 어레이 기판과 상기 대향 기판 사이에 개재된 광 제어층 -상기 광 제어층 내의 액정 분자들의 광 축은 상기 액정 재료로 전계가 인가되지 않거나 또는 제1 극성의 제1 전계가 인가될 때 실제로 유지되고, 상기 액정 분자들의 광 축은 제1 극성과는 다른 제2 전계가 상기 액정 재료로 인가될 때 상기 제2 극성의 제2 전계의 크기에 따라 응답함-을 포함하고, 상기 주사선들과 상기 대향 전극 사이의 전계는 상기 스위칭 소자들이 턴 온될 때 상기 제1 극성을 갖는다.

Description

액정 디스플레이 및 액정 디스플레이 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND METHOD FOR PRODUCING THE SAME}

본 발명은 35 USC 119 하에서, 본 명세서에서 그 내용을 참조하고 있는, 일본 특허 출원 제2000-91592호를 우선권 주장한다.

본 발명은 일반적으로 자발 분극(spontaneous polarization)을 갖는 액정을 이용하는 액정 디스플레이 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

액정 디스플레이는 낮은 전기적 전력 소모, 경량(輕量) 및 박형과 같은 특성을 가지며, 개인용 컴퓨터와 차량 항법 시스템을 위한 모니터로서 광범위하게 이용되고 있다. 그러나, CRT와 비교했을 때, 응답 속도가 느리고 시계각이 좁다는 등의 단점이 있다. 액정 디스플레이의 스케일 업(scale up)과 보다 높은 해상도와 함께, 고속 응답 및 광범위한 시계각에 대한 요구가 높아지고 있다.

자발 분극을 이용하는 액정 디스플레이는 고속 응답을 실현할 수 있는 디스플레이 모드로서 폭 넓게 인식되고 있다. 자발 분극은 액정의 고유 특성이거나, 또는 액정으로 전계를 인가함으로써 유도될 수 있다. 이러한 액정 재료들 (디스플레이 모드들)의 예들로 표면 안정화된 강유전성 액정 (SS-FLC), 단안정 강유전성 액정, 변형 나선형 강유전성 액정(DHF), 트위스트된 강유전성 액정(트위스트된 FLC), 교호 극성 도메인(APD; Alternating Polarization Domain), 폴리머 안정화 강유전성 액정, (임계치없는 반강유전성 액정을 포함하는) 반강유전성 액정, 및 일렉트로-클리닉 효과(electro-clinic effect)를 포함한다.

상술된 디스플레이 모드들을 액티브 소자들과 결합하여 풀-컬러 디스플레이(full-color display)를 실현하기 위해, 액정 분자들의 스위칭은 도메인을 생성하지 않는 것이 바람직하다. 1999년 8월 독일에서 개최된 강유전성 액정 (FLC 99)에 대한 국제 컨퍼런스에서는, 연속적인 다이렉터 회전 (CDR; Continuous Director Rotation) 모드가 보고되었다. 이 모드에서는, 액정 분자들의 광축 (장축)이 인가된 전압에 따라 동시에 회전하기 때문에 풀-컬러 1/2 톤 디스플레이를 행하는 것이 가능하다.

CDR 모드에서, 스메틱 상(smectic phase)은 네마틱 상(相)이나 등방성 상으로부터 카이랄 네마틱 C 상(相) (chiral smectic C phase)으로의 액정 재료의 상전이 동안, 픽셀 전극들과 대향 전극 사이에 단극성 전계 (dc 전계)를 인가함으로써 형성될 수 있다. 이 때, 바람직한 단극성 전계는 픽셀 전극들이 대향 전극과 면하고 있는 영역 안으로 인가될 수 있을지라도, 바람직한 전계는 픽셀 전극들의 외부 영역으로 인가되지 않는다. 그러므로, 균일한 액정이 픽셀 영역의 외측에서 얻어질 수 없다. 본 발명의 발명자는 열심히 연구한 후에, 픽셀 영역의 외측에서의 불균일한 얼라이언먼트에 의해 다음의 문제점들이 야기된다는 것을 발견하였다.

즉, 액정이 실온에서 1000 시간 이상 또는 10℃ 이하의 온도에서 50 시간 이상 구동되는 경우, 픽셀 영역 주변의 얼라이먼트의 혼란이 픽셀 안으로 전달되어, 광 누설에 의해 낮은 콘트라스트 (contrast)를 발생하게 한다.

따라서, 본 발명의 목적은 상기한 문제점들을 해소하여 광이 픽셀들의 주변 부분으로부터 누설되는 것을 억제할 수 있고 높은 디스플레이 성능을 갖는 액정 디스플레이, 및 그의 제조 방법을 제공하는데 있다.

상술한 목적 및 다른 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명에 따르면, 액정 디스플레이는, 제1 기판 상에 매트릭스 형태로 형성되는 다수의 주사선들과 다수의 신호선들, 상기 주사선들과 상기 신호선들 사이의 교차점에 형성되는 다수의 스위칭 소자들 -상기 스위칭 소자들 각각의 일단은 상기 신호선들 중의 대응하는 한 선에 접속되며, 상기 스위칭 소자들 각각은 상기 주사선들 중의 대응하는 한 선의 신호에 응답하여 스위칭 동작을 행함-, 각각이 상기 스위칭 소자들 중의 대응하는 한 소자 타단에 접속되는 다수의 픽셀 전극들, 및 상기 제1 기판 상에 상기 픽셀 전극들을 덮도록 형성된 제1 얼라이먼트층을 포함하는 어레이 기판; 제2 기판 상에 형성되는 대향 전극과, 상기 제2 기판 상에 상기 대향 전극을 덮도록 형성된 제2 얼라이먼트층을 포함하는 대향 기판; 및 자발 분극 및 카이랄 스메틱 C 상의 고온측 상에 네마틱 상 또는 이방성 상을 가지는 액정 재료를 포함하고, 상기 어레이 기판과 상기 대향 기판 사이에 개재된 광 제어층 -상기 광 제어층 내의 액정 분자들의 광 축은 상기 액정 재료로 전계가 인가되지 않거나 또는 제1 극성의 제1 전계가 인가될 때 실제로 유지되고 상기 액정 분자들의 광 축은 상기 제2 전계가 상기 액정 재료로 인가될 때 상기 제1 극성과는 다른 제2 극성의 제2 전계의 크기에 따라 응답함-을 포함하고, 상기 주사선들과 상기 대향 전극 사이의 전계는 상기 스위칭 소자들이 턴 온될 때 상기 제1 극성을 갖는다.

상기 스위칭 소자들은 상기 픽셀들의 하부에 배치될 수 있다.

상기 광 제어층에서의 스메틱층의 방향은 10 ° 이하의 분포를 갖는 것이 바람직하다.

상기 스위칭 소자들 각각이 네가티브 TFT (negative TFT)를 포함하고 스메틱 층이 전압의 인가 없이 셀을 냉각시킴으로써 형성되는 경우, 상기 제1 얼라이먼트층은, 상기 액정 재료들에 전압이 인가되지 않을 때 액정 분자들의 자발 분극이 상기 제1 기판에 향하게 하는 얼라이먼트 특성을 갖는다.

상기 스위칭 소자들 각각이 포지티브 TFT (positive TFT)를 포함하며 스메틱층이 전압 인가없이 셀을 냉각시킴으로써 형성되는 경우, 상기 제1 얼라이먼트층은, 상기 액정 재료에 전압이 인가되지 않을 때 액정 분자의 자발 분극이 상기 제2기판에 향하는 얼라이먼트 특성을 갖는다.

본 발명의 다른 양상에 따르면, 제1 기판 상에 매트릭스 형태로 형성되는 다수의 주사선들과 다수의 신호선들, 상기 주사선들과 상기 신호선들 사이의 교차점에 형성되는 다수의 스위칭 소자들 -상기 스위칭 소자들 각각의 일단은 상기 신호선들 중의 대응하는 한 선에 접속되며, 상기 스위칭 소자들 각각은 상기 주사선들 중의 대응하는 한 선의 신호에 응답하여 스위칭 동작을 수행함-, 각각이 상기 스위칭 소자들 중의 대응하는 한 소자의 타단에 접속되는 다수의 픽셀 전극들, 및 상기 제1 기판 상에 상기 픽셀 전극들을 덮도록 형성된 제1 얼라이먼트층을 포함하는 어레이 기판; 제2 기판 상에 형성되는 대향 전극과, 상기 제2 기판 상에 상기 대향 전극을 덮도록 형성된 제2 얼라이먼트층을 포함하는 대향 기판; 및 자발 분극 및 카이랄 스메틱 C 상의 고온측 상에 네마틱 상 또는 이방성 상을 가지는 액정 재료를 포함하고, 상기 어레이 기판과 상기 대향 기판 사이에 개재된 광 제어층을 포함하는 액정 디스플레이를 제조하는 방법에 있어서, 상기 액정 재료의 네마틱 상 또는 이방성 상으로부터 카이랄 스메틱 C 상으로의 상 전이가 발생할 때, 상기 픽셀 전극들과 상기 대향 전극 사이의 극성의 전계를 인가함에 의해 카이랄 스메틱 C 상을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 스위칭 소자가 턴 온될 때 상기 전계의 상기 극성은 상기 카운터 전극과 상기 주사선 사이의 전계의 극성과 동일하다.

도 1은 본 발명에 따른 액정 디스플레이의 제1 바람직한 실시예의 구성을 도시한 개략도.

도 2는 제1 바람직한 실시예에서 인가 전압과 광 투과율 사이의 관계를 도시한 그래프.

도 3은 제1 바람직한 실시예에서의 장점들을 설명하기 위한 개략도.

도 4는 본 발명의 제2 바람직한 실시예의 구성을 도시한 개략도.

도 5는 본 발명의 제3 바람직한 실시예의 구성을 도시한 개략도.

도 6은 본 발명의 제4 바람직한 실시예에서의 장점들을 설명하기 위한 개략도.

도 7은 제4 바람직한 실시예의 비교예를 도시한 개략도.

도 8은 본 발명의 제6 바람직한 실시예의 구성을 도시한 개략도.

도 9는 픽셀들이 상향으로 배열된 구조를 설명하기 위한 개략도.

도 10은 본 발명의 제4 바람직한 실시예의 구성을 도시한 개략도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

10 : 어레이 기판

11 : 투명 절연 기판

12 : 게이트선

14 : 절연층

15 : 픽셀 전극

16 : 신호선

30 : 대향 기판

31 : 투명 절연 기판

32 : 컬러 필터부

32b : 블랙 매트릭스

40 : 광 제어층

45 : 스페이서

이제 첨부된 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예들이 이하 설명될 것이다.

(제1 실시예)

도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 발명에 따른 액정 디스플레이의 제1 바람직한 실시예가 이하 설명될 것이다. 본 실시예에서의 액정 디스플레이는 액티브 매트릭스 구동 액정 디스플레이이다.

도 1의 (a)는 본 바람직한 실시예에서의 액티브 매트릭스 구동 액정 디스플레이 소자의 평면도이고, 도 1의 (b)는 도 1의 (a)의 선 A-A'를 따라 절취한 단면도이다.

도 1(a) 및 도 1(b)을 도시된 바와 같이, 본 바람직한 실시예에서의 액정 디스플레이 소자는 어레이 기판(10), 대향 기판(30), 및 스페이서(45)에 의해 소정의 두께를 갖도록 기판들 사이에 개재된 액정 재료의 광 제어층(40)을 포함한다. 액정 재료는 카이랄 스메틱 C 상의 고온측 상에 네마틱 상 또는 이방성 상을 가지며 자발 분극을 갖는다.

어레이 기판(10)은 투명 절연 기판(11)을 포함한다. 이 기판(10)의 주표면 상에는, 한 방향으로 연장되는, 다수의 주사선들 (게이트선들)(12) 및 (도시되지 않은) 보조 용량선들이 형성된다. 투명 절연층(14)은 기판(11)의 주표면 상에 형성되어 주사선(12)과 캐패시터 선들 [도 1의 (b)에 도시됨]을 덮는다. 절연층(14) 상에는, ITO (Indium Tin Oxide)의 다수의 픽셀 전극들(15)이 형성되고, 다수의 신호선들(16)이 주사선들(12)과 실제로 수직이 되도록 형성된다 [도 1의 (a) 및 (b)에 도시됨]. 신호선들(16)은 절연막(17)으로 덮인다 [도 1의 (b)에 도시됨]. 주사선들(12)과 신호선들(16) 사이의 교차점 주변의 기판(11)의 주 표면에는, TFT의스위칭 소자들(18)이 형성된다. 스위칭 소자들(18) 각각의 게이트는 주사선들(12)중의 대응하는 선에 접속된다. 스위칭 소자들(18) 각각의 소스와 드레인의 한 단자는 절연막(17) 내에 제공된 (도시되지 않은) 컨택트를 통해 신호선들(16)중의 대응하는 한 선에 접속되고, 그의 다른 단자는 절연막(17) 내에 제공된 (도시되지 않은) 컨택트를 통해 픽셀 전극들(15) 중의 대응하는 한 전극에 접속된다.

얼라이먼트층(19)은 픽셀 전극들(15)과 스위칭 소자들(18)을 덮도록 기판(11)의 주표면 상에 형성된다. 기판(11)의 배면 (reverse surface)상에는, 편광자(28)가 형성된다.

한편, 대향 전극(30)이 컬러 필터부(32)를 제공하고 있다. 컬러 필터부(32)는, 특정 파장을 갖는 광 빔을 전송하기 위해 투명 절연 기판(31)의 주표면 상의 픽셀 영역 내에 형성된, 컬러부(32), 및 투명 절연 기판(31)의 주표면 상의 픽셀이 없는 영역 내에 형성된 블랙 매트릭스들(32b)을 형성한다. 컬러 필터부(32)의 디스플레이 영역 상에는, ITO의 대향 전극(34)이 형성된다. 얼라이먼트층(36)은 무기 절연막(35)을 통해 대향 전극(34) 상에 형성된다. 무기 절연막(35)은 바람직하게는 절연 특성을 유지하기 위해 제공된다. 기판(31)의 배면 상에는, 편광자(38)가 형성된다.

어레이 기판(10)의 편광자(28)의 광축(28a) 및 대향 기판(30)의 편광자(38)의 광 축(38a)은 교차된 니콜(Nicols) 구조를 형성하도록 정렬된다 [도 1의 (a) 참조].

바람직한 실시예에서, 러빙과 같은 얼라이먼트 처리는 얼라이먼트층(19 및38) 상에서 행해진다. 예를 들어, 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 얼라이먼트 처리(54)는 게이트선들(12) 방향으로 어레이 기판(10)의 얼라이먼트층(19) 상에서 수행된다. 도 1(a)에서, 도면 부호 50은 액정 분자들을 나타내고, 도 1(a)에 도시된 원뿔(cone)들은 전압이 인가될 때 액정 분자들의 위치를 나타낸다.

TFT(18)를 구성하는 반도체 박막은 비결정질 실리콘 또는 폴리실리콘으로 이루어질 수 있다. 폴리실리콘을 이용하는 폴리실리콘 TFT는 자발 분극을 갖는 액정이 높은 이동도를 갖기 때문에 자발 분극을 갖는 액정으로 교체하는 것이 바람직하다. 폴리실리콘 TFT는 네가티브 TFT를 용이하게 준비할 수 있다. 더욱이, 네가티브 TFT는, 게이트 전극의 전위가 소스 전극과 드레인 전극의 전위들에 비해 낮을 때 게이트가 ON 상태에 있는, TFT를 의미한다. 비결정질 실리콘 TFT는 일반적으로 제조 이유에 따라 포지티브 TFT이다.

레벨링 막 (leveling film)이 대향 전극(34)과 컬러 필터부(32) 사이에 형성되는 경우, 액정의 얼리어먼트 특성이 개선되어 대향 전극(34)과 어레이 기판(10)이 단락 회로가 되는 것이 어렵게 되도록 대향 전극(34)은 평평하게 된다.

레벨링 막은 아크릴, 폴리이미드, 나일론, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 벤조시클로부탄 폴리머, 폴리아크릴로니트릴 및 폴리실란막과 같은 유기막등 중의 하나로 형성되는 것이 바람직하다. 비용 면을 볼 때는 아크릴막, 평탄화 특성을 볼 때는 벤조시클로부탄 폴리머막, 그리고 화학적 안정성 면에서 볼 때는 폴리이미드 막이 보다 바람직하다.

스위칭 소자(18)는 또한 대응하는 픽셀들을 스위칭할 수 있다면, TFT 소자들을 외에, 박막 다이오드 소자 (TFD) 등일 수도 있다. 컬러 필터는 또한 어레이 기판의 측부 상에 형성될 수 있다.

어레이 기판(10)과 대향 기판(30)은, (도시되지 않은) 주입 인렛(filling inlet)을 제외한 얼라이먼트층들(19 및 36)이 서로 면하고 있도록, 비-디스플레이 영역으로 제공되는 실링 재료에 의해서 서로 부착되어 있다. 이 때, 어레이 기판(10)과 대향 기판(30) 사이의 거리는 스페이서(45)에 의해 소정의 거리를 갖도록 유지된다.

액정 재료(40)는 셀의 내부가 비워진 후에 주입 인렛을 통해 액정 재료(40)를 도입하기 위한 주입 공정에 의해 도입된다. 주입 인렛은 액정 재료들을 주입한 후에 (도시되지 않은) 세일링 재료 (saling material)에 의해 완전히 봉해진다.

따라서 액정 셀들이 형성될 때, 액정(40)은 이방성 상 또는 네마틱 상으로 가열된다. 그 다음, 이 액정(40)을 냉각시켜 네마틱 상으로부터 카이랄 스메틱 C 상으로의 액정(40)의 상 전이를 야기한다. 이 때, 단극성 전계는 대향 전극(24)의 전위에 기초하여 대향 전극(34)과 픽셀 전극(15) 사이에 인가된다. 카이랄 스메틱 C 상을 형성함으로써, 대향 전극(34)과 픽셀 전극(15) 사이에 개재된 액정 분자들(50)을 균일하게 배향시키는 것이 가능하게 된다. 도 1의 (b)에 도시된 바와 같이, 전압이 인가되지 않을 때, 액정의 분자 배향은 러빙 방향과 실제로 평행이다.

도 2에 도시된 바와 같이, 전압 전달 특성에 있어서, 상술된 단극성 전계가 인가될 때, 액정 분자들(50)의 주축은, 전압이 인가되지 않을 때 또는 상술한 단극성 전계에 대해 반대 극성인 전계가 인가될 때 액정 분자들(50)의 주축이 전계의 크기를 따라 변화하도록 실제로 동일 위치에 배열되어 거의 변화하지 않는다.

본 발명의 발명자들은 열심히 연구한 후에, 본 발명에 따른 다음의 실시예들이 바람직하다는 것이 발견되었다.

액정(40)의 카이랄 피치가 p이고 어레이 기판(10)과 대향 전극(30) 사이의 거리는 d이라고 가정하면, d<p인 것이 바람직하다. d<p이면, 액정이 트위스트 구조를 갖게 되는 것을 방지할 수 있다. 액정(40)이 트위스트 구조를 가지면, 전압이 인가되지 않을 때 광 투과가 증가하게 되고, 액정 디스플레이의 콘트라스트가 낮아진다.

액정 디스플레이의 작업 온도 범위 (일반적으로 0 ℃ 내지 50 ℃)에서, 액정 분자(50)의 명백한 틸트각 (실제로 특정된 틸트각)은 22.5 °이상일 때, 자발 분극이 전압 인가에 의해 반전될 때의 액정의 광축과 편광자의 투과각 사이의 각도는 45° 이상이 되어, 투과율이 최대가 된다. 그러므로, 높은 콘트라스트의 액정 디스플레이를 얻기 위해서, 액정 분자들(50)의 명백한 틸트각이 약 22.5° 이상인 것이 바람직하다.

본 바람직한 실시예에서 액정 디스플레이에 사용하기 위한 얼라이먼트층의 재료로서, 아크릴, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리카보네이트, 폴리아크릴로니트릴, 폴리실란막 및 폴리아민산, 폴리에테르아미드, 폴리아미드이미드(polyamideimides), 나일론, 벤조시클로부탄 폴리머, 및 사행(斜行) 증발된 실리콘 산화물과 같은 유기막들이 사용될 수 있다. 제조의 용이성 및화학적 안정성에 비추어, 폴리이미드와 폴리아크릴로니트릴이 사실상 바람직하다.

얼라이먼트층이 폴리이미드로 이루어지는 경우, 폴리이미드는 비교적 낮은 극성 [비교적 강한 소수성(疏水性)]을 갖는 것이 바람직하다. 예를 들면, 이러한 폴리이미드는 85% 이상의 이미드화율(imidizing rate)을 갖는 폴리이미드, 플로오르 원자들을 포함하는 폴리이미드 (CF₃그룹), 그의 무수물산 부분에서 벤존 링을 갖는 폴리이미드, 그의 디아민(diamine) 부분에서 산소 원자 (에테르 결합)를 갖지 않은 폴리이미드, 그의 디아민 부분에서 -CH₂- 결합을 갖는 폴리이미드를 포함한다. 비교적 낮은 극성들을 갖는 폴리이미드가 본 발명에 적합한 이유는 후술되어질 것이다.

스메틱 상이 나타날 때, 액정 분자들(50)과 얼라이먼트층 사이에 극성면 상호 작용은 액정 분자들(50)의 자발 분극이 외측 (또는 내측)으로 향하도록 하는 힘 (외측 또는 내측인지의 여부는 얼라이먼트층의 전자 친화력에 의해 결정됨)을 인가한다. 이 힘이 대향 전극(34)과 픽셀 전극(15) 사이에 인가된 dc 전압과 상충하지 않을 때 (예를 들어, 자발 분극이 어레이 기판(10)의 인터페이스 상의 극성면 상호작용에 의해 외측으로 향하도록 의도되었을지라도 자발 분극은 dc 전압에 의해 내측으로 향함), 액정 배향의 등급이 낮아진다. 이를 방지하기 위해, 극성면 상호 작용이 작아져야 한다. 폴리이미드 얼라이먼트층과 액정 사이의 극성면 상호 작용은 폴리이미드 얼라이먼트층의 극성이 작아짐에 따라 작아지므로, 낮은 극성의 폴리이미드가 본 발명에 따른 액정 디스플레이이 적합하다.

본 발명에 적합한 얼라이먼트층들에 대하여, 비교적 낮은 프리틸트각 (4°이하)을 액정으로 인가하기 위한 재료들 및 러빙 조건들이 바람직하다. 그 이유는, 프리틸트각이 감소함에 따라, 액정의 배향이 보다 균일해질 수 있도록, 액정 분자들과 얼라이먼트층의 표면 사이의 정착력(anchoring force)이 증가하기 때문이다. 어레이 기판(10)과 대향 기판(30)의 러빙 방향들은 서로 평행한 것보다는 비평행인 것이 바람직하다. 비평행 러빙은 서가(書架) 구조 또는 경사진 서가 구조가 보다 용이하게 제공된다. 그 결과, 지그재그 결함과 같은 얼라이먼트 결함 영역이 나타나지 않게 되어 우수한 얼라이먼트 특성이 얻어질 수 있었다.

스메틱층(52)이 형성될 때, 셀에 인가되는 dc 전압 또는 오프셋 전압은 0.2V 내지 10V 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 전압이 0.2V 이하인 경우 자발 분극이 한 방향으로 향하지 않는 몇몇 경우가 있고, 전압이 10V 이상인 경우 스메틱층(52)이 형성될 때 전압이 10V 이상인 경우에 액정 내에 포함된 이온 불순물들이 얼라이먼트층의 표면 상으로 부착되어 이미지가 붙는 결함 (image sticking defect)을 야기하는 몇몇 경우가 있기 때문이다.

스메틱층(52)이 형성될 때, dc 전압을 인가하기 위한 다음 방법이 바람직하다. 도 3을 참조하면, 신호선의 기준 전위 (Vsig, 중심)가 0V이라고 가정하여 dc 전압 인가 방법을 이하 설명할 것이다. 일반적으로, 신호선들(16)에 인가 가능한 최대 전압은 드라이버 IC의 내압으로 인해 단지 ±7V가 된다. 대향 기판(34)으로 인가된 전압은 이에 제한되지는 않지만, 상술한 바와 같이 전압은 10V 이하인 것이 바람직하다. 도 3에서는, TFT(18)가 턴 온일 때 게이트선들(12)로 인가되는 게이트 전압 한 예가 도시되고, 네가티브 TFT의 경우에 게이트 전압이 -20V라고 가정한다. 폴리이미드막이 얼라이먼트층으로서 사용되는 경우, 스메틱 C 상이 형성될 때 외부 전계가 인가되지 않는다면, 액정 분자들은, 액정 분자들(50)의 자발 분극(56)이 폴리이미드 얼라이먼트층과 액정 재료(40) 사이의 극성면 상호 작용 (일렉트로클리닉 효과)으로 인해 기판 외부측으로 향하도록 배향되는 경향이 있다. 도 3의 (a) 내지 (d)에 도시된 바와 같이, 전압은 신호선들과 대향 전극 사이 및 픽셀 전극과 대향 전극 사이에 개재된 수정으로 인가된다. 그러나, 게이트선과 픽셀 전극들 사이에 전극들이 존재하지 않기 때문에, 스메틱 C 상이 형성될 때 게이트선과 픽셀 전극들 사이에 전계가 제공되지 않는 일부분과, 대향 전극 사이에 개재된 액정에는 전계가 인가되지 않게 된다. 따라서, 자발 분극(56)은 상술한 바와 같은 어레이 기판으로 향하게 된다. 도 3의 (a) 및 (b)에서, 전계의 방향이 그의 방향과 같고, 픽셀들의 주변 부분에서의 광 누설은 도 3의 (c) 및 (d)에 도시된 다른 경우들과 비교했을 때 최소이다. 그러므로, 폴리이미드 얼라이먼트막이 사용되는 경우에, 네가티브 TFT가 사용되는 것이 바람직하고, 전압은 도 3의 (a) 또는 (b)에 도시된 전압 관계에 따라 입력되는 것이 바람직하다. 더욱이, 고전압이 인가될 때, 전압은 도 3의 (a)에 도시된 관계에 따라 인가되는 것이 바람직하다. 더욱이, 바람직한 실시예에서 TFT(18)가 포지티브 TFT이라면, 게이트선과 픽셀 전극들 사이에 전극이 제공되지 않은 부분과, 대향 전극과의 사이의 액정의 자발 분극(56)은 전계의 방향과 다르게 되어, 픽셀의 주변부에서의 광 누설이 본 바람직한 실시예에서보다 높아지게 된다.

완전한 액정 디스플레이가 구동되는 동안 이것을 현미경에 의해 관측하면, 게이트선들(12) 주변에서 광 누설의 존재를 확인할 수 있다. 더욱이 드라이버 IC의 출력이 프로브 등에 의해 모니터되는 경우, 스위칭 소자(18)가 턴 온될 때 게이트선들(12)과 대향 전극(34) 사이에 야기되는 전계가, 액정 분자들(50)의 광축이 거의 변화하지 않는 측 상에서의 전계의 극성과 동일한 극성을 갖는지의 여부를 판단한다.

상술한 바와 같이, 본 바람직한 실시예에 따르면, 높은 디스플레이 성능을 갖는 액정 디스플레이를 얻을 수 있도록, 광이 픽셀들의 주변 부분들로부터 누설되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명에 따른 액정 디스플레이의 제1 바람직한 실시예를 제조하기 위한 방법이 이하 설명되어질 것이다.

먼저, TFT 소자들(18)이 다음과 같이 유리 기판(11) 상에 형성된다.

(도시되지 않은) 크롬 캐패시터선들과 게이트선들(12)은 이 유리 기판(11) 상에 형성된다. 캐패시터선들과 게이트선들(12)은 크롬 산화막과 실리콘 산화막을 포함하는 적층 구조를 갖는 절연막(14)으로 덮여지고, 비결정질 실리콘의 (도시되지 않은) 반도체층이 절연막(14) 상에 패턴화되었다. 반도체층 상에는, 실리콘 질화물의 (도시되지 않은) 채널 보호층이 형성된다. 반도체층과 채널 보호층 상에는, 소스 전극들이 저항층(ohmic layer)을 통해 반도체층에 전기적으로 접속되고, 신호선들(16)과 일체형인 드레인 전극들이 형성된다. 더욱이, 소스 전극들과 전기적으로 접속된 픽셀 전극들이(15)가 형성된다. 따라서, 유리 기판(11) 상에는 TFT소자들(18), 신호선들(16), 게이트선들(12) 및 픽셀 전극들(15)이 형성된다.

대향 전극(34)이 단락 회로가 되는 것을 방지하기 위해, TFT 소자들(18), 신호선들(16), 게이트선들(12) 및 픽셀 전극들(15)은 100nm 두께를 갖는 (도시되지 않은) 실리콘 산화막으로 덮이게 된다.

컬러 필터(32a)와 대향 전극(34)은 다음과 같이 유리 기판(31) 상에 형성된다.

유리 기판(31) 상의 크롬막을 패터닝함으로써 블랙 매트릭스(32b)가 형성된다. 그 위에는, 적, 녹 및 청의 색소가 혼합된, 감광성 아크릴 수지의 컬러 필터막이 형성된다. 또한, 투명 아크릴 수지가 그 위해 (도시되지 않은) 레벨링 막으로서 제공된다. 이 레벨링 막 위에는, ITO의 대향 전극(34)이 스퍼터링에 의해 형성된다.

TFT 소자들(18)이 형성된 어레이 기판, 및 대향 전극(34)이 형성된 대향 기판이 세척된 후에, 이들 기판 상에 폴리이미드 용액 (Nissan Chemical Industies, Ltd. 사로부터 제조되는 SE-5291 γp:6dyn/cm)이 오프셋 프린팅(offset printing)에 의해 인가된다. 뜨거운 플레이트를 이용하여, 이들은 90℃에서 1분 동안 소성되고, 그 다음, 180℃에서 10분 동안 소성되어 얼라이먼트층(19 및 36)을 제공한다.

그 다음, 면 헝겊을 이용하여 어레이 기판(10)과 대향 기판(30) 상의 얼라이먼트층 상에 러빙 처리를 행한다. 러빙 방향은 도 1의 (a)에 도시된다. 0.1 내지 10 마이크론의 직경을 갖는 털들을 갖는 면의 러빙 헝겊이 사용된다. 러빙 조건으로는, 러빙 롤러의 회전 속도가 500 rpm, 기판의 이동 속도가 20mm/s, 푸싱 깊이(pushing depth)가 0.7mm 그리고 러빙 동작 회수가 1회이다.

러빙 이후, 어레이 기판(10)과 대향 기판(30) 상의 얼라이먼트층(19 및 36)이 중성 계면 활성제를 주성분으로 포함하는 수용액에 의해 세척되어, 러빙 헝겊으로부터 얼라이먼트층으로 부착된 오염물들을 제거한다.

그 다음, 실리콘 산화물(SiO₂)의 스페이서 입자들(45)(직경:2.0 μm)이 어레이 기판(10)의 얼라이먼트층(19) 상에 분포된다. 또한, 에폭시 수지의 밀봉 재료가 조제자에 의해 대향 기판(30) 주변 부분 상에 프린트된다.

얼라이먼트층이 형성되어 있는, 어레이 기판(10)과 대향 기판(30)의 표면들은, 서로 직면하여 내측을 향하고 있다. 어레이 기판(10)과 대향 기판(30)이 정렬되고, 밀봉 재료는 경화되도록 가압 상태에서 160℃로 가열되어 셀을 형성한다. 더욱이, 어레이 기판(10)과 대향 기판(30) 상에서의 러빙 방향은 서로 비평행이다.

이 셀이 진공 상태인 진공 챔버 내에 배치된 후, 강유전성 액정 성분(40)(상 시리즈 : 고체 상태→30℃→카이랄 스메틱 C 상→80℃→네마틱 상→85℃→이방성 상, 30℃에서의 틸트각 :22.5℃, 자발 분극:-7nC/cm₂)이 주입 인렛을 통해 셀 안으로 주입된다. 그러나, 액정이 주입될 때, 셀 및 액정(40)은 100℃로 가열된다. 그 후, 주입 인렛이 에폭시 접합제에 의해 밀봉된다.

그 다음, 액정(40)으로 채워진 셀의 신호선들(16), 게이트선들(12), 캐패시터선들 및 대향 전극(34)의 추출 부분은 이방성 도전막을 통해 전압이 인가되게 되는, 단자들에 접속된다. 그 다음, 셀은 오븐에서 90℃로 가열된다. -20V의 전압은 게이트선들(12)로 인가되어 TFT 소자들(18)을 항상 ON 상태가 되게 하고, 0V의 전압은 신호선들(16)로 인가되어 픽셀 전극(15)을 0V로 유지되게 한다. 또한, 0V의 전압은 캐패시터 선들로 인가되고, +8V의 전압이 대향 전극(34)으로 인가된다. 이들 전압들이 인가되는 동안, 셀은 1℃/min의 속도로 90℃에서 25℃로 냉각되어 스메틱층(52)을 형성한다.

이 셀이 편광 현미경에 의해 관측된 후, 스메틱층(52)은 도 1의 (a)에서 관측된 것과 동일하게 된다.

이 셀의 갭을 측정하면, 2.0μm이다, 본 바람직한 실시예에서 사용된 액정의 카이랄 피치는 셀 갭보다 긴 4.0μm이다. 따라서, 액정은 트위스트 얼라이먼트를 갖지 않는다.

그 다음, 편광자들(28 및 38)의 세트가 셀의 외측에 인가된다. 더욱이, 전압이 인가되지 않을 때 한 편광자(38)의 투과 축은 액정 분자들(50)의 광 축과 평행하고, 전압이 인가되지 않을 때 다른 편광자(28)의 투과 축은 액정 분자들(50)의 광축과 수직이다. 편광자들이 제공된 셀 상에는, 드라이버 IC와 같은, 구동 회로가 실장되고, 후광(back light) 등이 실장되어, 본 바람직한 실시예의 액정 디스플레이를 완성하게 된다.

이 경우, 게이트선들(12)과 픽셀 전극들(15)사이의 부분 및 신호선들(16)과 픽셀 전극들(15) 사이의 부분의 액정의 자발 분극 방향이 픽셀 전극들과 대향 전극 사이에 개재된 액정의 자발 분극과 동일하기 때문에, 광이 비픽셀 부분으로부터 거의 누설되지 않게 되어, 300:1의 콘트라스트를 얻을 수 있다. 또한, (10:1 이상의 콘트라스트를 가지며 그레이 스케일의 반전이 없는 영역의) 시계각은 수직 및 수평 방향에서 70℃ 이상이고, 얼라이먼트 특성과 콘트라스트는 0℃, 25℃ 및 50℃에서 3000 시간 동안 테스트 구동된 후에도 악화되지 않는다. 본 바람직한 실시예에서 스페이서들이 골고루 분포되어 있는 반면, 스페이서 대신에 기둥 모양 또는 벽 모양의 스페이싱 수단이 포토리소그래피 공정에 의해 얼라이먼트층 상에 형성될 수도 있다. 이 경우, 이 스페이싱 수단은, 러빙에 의해 야기되는 얼라이먼트 결함이 게이트선들에 의해 숨겨질 수 있도록 게이트선들 위에 형성되는 것이 바람직하다.

(제2 바람직한 실시예)

이제 도 4를 참조하여, 본 발명에 따른 액정 디스플레이의 바람직한 실시예가 설명될 것이다. 본 제2 바람직한 실시예에서, 러빙 방향(54) 및 편광자(28 및 38)의 투과축은 도 1에 도시된 제1 바람직한 실시예에서의 러빙 방향 및 투과축과는 상이하다. 다른 구성들은 제1 바람직한 실시예에서의 구성과 동일하다. 제2 바람직한 실시예에서, 러빙 방향(54)은 실제로 신호선들(16)과 비평행이다. 편광자(38)의 투과축(38a)은 신호선들(16)과 평행하다.

본 바람직한 실시예에서 액정 디스플레이가 실제로 제조되어 그의 성능이 평가된 후에, 제1 바람직한 실시예에서와 동일한 성능을 얻을 수 있었다.

(제3 바람직한 실시예)

본 발명에 따른 액정 디스플레이의 제3 바람직한 실시예의 구성이 도 5에 도시된다. 이 제3 바람직한 실시예에서, 러빙 방향(54) 및 편광자(28 및 38)의 투과축(28a 및 38a)은 도 1에 도시된 제1 바람직한 실시예에서의 러빙 방향 및 투과축과는 상이하다. 다른 구성들은 제1 바람직한 실시예에서의 구성과 동일하다.

제3 바람직한 실시예에서, 러빙 방향(54)과 게이트선들(12) 사이는 소정의 각도 θ (0<θ<90°)를 가지며, 편광자(38)의 투과축(38a)과 게이트선들(12) 사이는 소정의 각도 θ가 존재한다. 본 바람직한 실시예에서는, 게이트선들과 실제로 평행한 층들이 형성되도록 러빙 방향이 결정된다.

본 바람직한 실시예의 액정을 실제로 제조하여 그 성능을 평가한 후에, 제1 바람직한 실시예와 동일한 성능이 얻을 수 있었다.

(제4 바람직한 실시예)

본 발명에 따른 액정 디스플레이의 제4 바람직한 실시예의 구성은 도 10에 도시된다. 제1 바람직한 실시예에서 액정 디스플레이의 네가티브 TFT들을 이용했던 대신, 본 제4 바람직한 실시예의 액정에서 스위칭 소자들(18)을 구성하는 TFT들은 포지티브 TFT들이다. 그러므로, 상기와 같은 이유로, 얼라이먼트층(19 및 36)은 나일론으로 구성된다. 더욱이, 벤조시클로부탄 폴리머가 나일론 대신에 사용될 수 있다.

제4 바람직한 실시예에서 액정 디스플레이는 다음과 같이 형성된다.

제1 바람직한 실시예에서와 동일한 방법으로, 상술되었던 재료들이 사용되어 액정으로 채워진 셀들을 형성한다.

그 다음, 액정(40)으로 채워진 셀의 신호선들(16), 게이트선들(12), 캐패시터선들 및 대향 전극(34)의 추출 부분들이, 이방성 도전막을 통해, 전압이 인가되는 단자들에 접속된다. 그 다음 셀들이 오븐에서 90℃로 가열된다. 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, +20V의 전압은 게이트선들(12)로 인가되어 TFT들(18)을 항상 ON 상태가 되게 하고, +7V의 전압은 신호선들(16)로 인가되어 픽셀 전극(15)이 +7V로 유지하게 한다. 또한, +7V의 전압은 캐패시터선들로 인가되고, 0V의 전압이 대향 전극(34)으로 인가된다. 이들 전압들이 인가되는 동안, 셀은 1℃/min의 속도로 90℃에서 25℃로 냉각되어 스메틱층(52)을 형성한다.

이 셀이 편광 현미경에 의해 관측된 후, 스메틱층(52)은 도 10에서 관측된 것과 동일하게 된다.

이 셀의 갭을 측정하면, 2.0μm이다, 본 바람직한 실시예에서 사용된 액정(40)의 카이랄 피치는 셀 갭보다 긴 4.0μm이다. 따라서, 액정은 트위스트 얼라이먼트를 갖지 않는다.

그 다음, 편광자들(28 및 38)의 세트가 셀의 외측에 인가된다. 또한, 전압이 인가되지 않을 때 한 편광자(38)의 투과 축(38a)은 액정 분자들(50)의 광 축과 평행하고, 다른 편광자(28)의 투과 축(28a)은 편광자(38)와 수직이다. 편광자들이 제공된 셀 상에는, 드라이버 IC와 같은, 구동 회로가 실장되고, 후광(back light) 등이 실장되어, 본 바람직한 실시예의 액정 디스플레이를 완성하게 된다.

이 액정 디스플레이는 게이트선들 주변으로부터 광이 거의 누설되지 않게 되어, 300:1의 전면 콘트라스트 (front contrast)를 얻을 수 있었다. 또한, (10:1 이상의 콘트라스트를 가지며 그레이 스케일의 반전이 없는 영역의) 시계각은 수직 및 수평 방향으로 70℃ 이상이고, 얼라이먼트 특성과 콘트라스트는 0℃, 25℃ 및50℃에서 3000 시간 동안 테스트 구동된 후에도 악화되지 않는다.

제4 바람직한 실시예에서, 얼라이먼트층들 (19 및 36)은 나일론 또는 벤조시클로부탄 폴리머로 이루어지기 때문에, 얼라이먼트층과 액정 재료 사이의 극성면 상호 작용 (일렉트로클리닉 효과)으로 인해 액정 분자들(50)의 자발 분극(56)이 내측으로 향하도록 액정 분자들(50)이 배향되는 경향이 있다. 따라서, 스메틱층(52)이 형성될 때, +20V, +7V 및 0V의 전압들이 게이트선들(12), 픽셀 전극들 및 대향 전극(34)으로 각각 인가될 때, 본 바람직한 실시예와 같이, 액정 분자들(50)의 자발 분극(56)은 도 6의 (a)에 도시된 바와 같이 전계의 방향과 평행하게 되게 배향되어, 픽셀의 주변 부분으로부터 누설되는 광량이 가능한 한 작게 감소될 수 있다. 스메틱층이 형성될 때, +20V, 0V 및 -10V의 전압이 각각 게이트 전극, 픽셀 전극들 및 대향 전극으로 인가되는 경우에도, 도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 액정 분자들(50)의 자발 분극(56)이 전계 방향으로 배향되어, 동일한 장점을 얻을 수 있다.

더욱이, 스메틱층이 형성될 때, 도 6의 (c) 및 (d)에 도시된 바와 같이, 액정 분자들(50)의 자발 분극(56)의 방향이 전계의 방향과 다르게 되도록 전압이 인가되면, 픽셀의 주변부로부터 누설되는 광량은 도 6의 (a) 및 (b)에 도시된 것보다 크다.

상술한 바와 같이, 본 바람직한 실시예에서는, 픽셀부로부터 광이 누설되는 것을 방지하기 의해 우수한 디스플레이 성능을 갖는 액정 디스플레이를 얻을 수 있다.

더욱이, 본 바람직한 실시예에서, TFT 소자들(18)이 네가티브 TFT들이라면,액정 분자들(50)의 자발 분극(56)의 방향이 전계의 방향과 상이하여, 픽셀들의 주변부로부터 누설되는 광량은 본 바람직한 실시예에서의 광량보다 많아지게 된다.

(제5 바람직한 실시예)

본 발명에 따른 액정 디스플레이의 제5 바람직한 실시예가 이하 설명될 것이다. 본 제5 바람직한 실시예에서의 액정 디스플레이는, 액정 재료가 다른 것을 제외하면, 제4 바람직한 실시예에서의 액정의 구성과 동일한 구성을 갖는다.

제4 바람직한 실시예에서의 구성과 동일한 방법으로, 빈 셀들이 형성된다. 이 셀들이 진공 상태인 진공 챔버 내에 설치된 후에, 강유전성 액정 성분(40) (상 시리즈 : 고체상→30℃→카이랄 스메틱 C 상→75℃→네마틱 상→80℃→이방성 상, 틸트각:22.5°, 자발 분극:3nC/cm²)의 10:1 혼합물 및 UV 가공 액정 (UV curable liquid crystal)(DAINIPPON INK & CHEMICALS,INC.사에 의해 제조된 UCL-001) 이 주입 인렛을 통해 셀 안으로 주입된다. 이 때, 셀 및 액정(40)은 85℃로 가열된다. 그 후에, 주입 인렛이 에폭시 접합제에 의해 봉해진다.

그 다음, 액정(40)에 의해 채워진 셀의 신호선들(16), 게이트선들(12), 보조 용량선 들 및 대향 전극(34)의 추출 부분들이, 이방성 도전막을 통해, 전압이 인가되는 단자에 접속된다. 그 다음, 셀은 오븐에서 77℃로 가열된다. +25V의 전압은 게이트선들(12)로 인가되어 TFT 소자들(18)을 항상 ON 상태가 되게 하고, +7V의 전압은 신호선들(16)로 인가되어 픽셀 전극(15)을 +7V로 유지되게 한다. 또한, +7V의 전압은 캐패시터선들로 인가되고, 0V의 전압이 대향 전극(34)으로 인가된다.이들 전압들이 인가되는 동안, 셀은 1℃/min의 속도로 77℃에서 73℃로 냉각되어 스메틱층(52)을 형성한다. 이 상태에서, 셀에는 UV광 (365nm, 10mJ/cm²)이 조사되어, UV 가공 액정을 경화시킨다. 그 후, 전압이 인가되지 않게 되고, 셀은 10℃/min의 속도로 냉각된다.

이 셀이 편광 현미경에 의해 관측된 후, 스메틱층(52)은 도10에서 관측된 것과 동일하게 된다.

그 다음, 편광자들(28 및 38)의 세트가 셀의 외측에 인가된다. 또한, 전압이 인가되지 않을 때 한 편광자(38)의 투과 축(38a)은 액정 분자들(50)의 광 축과 평행하고, 다른 편광자(28)의 투과 축(28a)은 투과 축(38a)과 수직이다. 편광자들이 제공된 셀 상에는, 드라이버 IC와 같은, 구동 회로가 실장되고, 후광(back light) 등이 실장되어, 본 바람직한 실시예의 액정 디스플레이를 완성하게 된다.

이 액정 디스플레이는 게이트선들 주변으로부터 광이 거의 누설되지 않게 되어, 200:1의 콘트라스트를 얻을 수 있었다. 또한, (10:1 이상의 콘트라스트를 가지며 그레이 스케일의 반전이 없는 영역의) 시계각은 수직 및 수평 방향으로 70℃ 이상이고, 액정 얼라이먼트와 콘트라스트는 0℃, 25℃ 및 50℃에서 3000 시간 동안 테스트 구동된 후에도 악화되지 않았다.

제5 바람직한 실시예에서는, 제4 바람직한 실시예에서와 같은 장점들을 얻을 수 있었다.

(비교 예)

도 7을 참조하여, 제4 바람직한 실시예에서의 액정 디스플레이와의 비교 예를 이하 설명할 것이다.

먼저, 셀은 제4 바람직한 실시예에서와 동일한 방법으로 형성된다.

그 다음, 액정(40)으로 채워진 셀의 신호선들(16), 게이트선들(12), 캐패시터선들 및 대향 전극(34)의 추출 부분들은 이방성 도전막을 통해 전압기 인가되게 되는, 단자들에 접속된다. 이 셀은 오븐에서 90℃로 가열된다. +20V의 전압은 게이트선들(12)로 인가되어 TFT 소자들(18)을 항상 ON 상태가 되게 하고, 0V의 전압은 신호선들(16)로 인가되어 픽셀 전극(15)을 0V로 유지되게 한다. 또한, +0V의 전압은 캐패시터선들로 인가되고, +7V의 전압이 대향 전극(34)으로 인가된다. 이들 전압들이 인가되는 동안, 셀은 1℃/min의 속도로 90℃에서 25℃로 냉각되어 스메틱층(52)을 형성한다.

이 셀이 편광 현미경에 의해 관측된 후, 스메틱층(52)은 도 7에서 관측된 것과 동일하게 된다. 즉, 게이트선들 상의 스메틱층의 방향은 픽셀 전극들 상의 스메틱층의 방향과 달라서, 이 스메틱층은 휘어진다.

이 셀의 갭을 측정하면, 2.0μm이다, 이 비교 예에서 사용된 액정의 카이랄 피치는 셀 갭보다 긴 4.0μm이다. 따라서, 액정은 트위스트 얼라이먼트를 갖지 않는다.

그 다음, 편광자들(28 및 38)의 세트가 셀의 외측에 인가된다. 더욱이, 전압이 인가되지 않을 때 한 편광자(38)의 투과 축(38a)은 액정 분자들(50)의 광 축과 평행하고, 다른 편광자(28)의 투과 축(28a)은 투과 축(38a)과 수직이다. 편광자들이 제공된 셀 상에는, 드라이버 IC와 같은, 구동 회로가 실장되고, 후광 등이 실장되어, 이 비교 예의 액정 디스플레이를 완성하게 된다.

이 액정 디스플레이는, 콘트라스트가 25:1이 되도록 (게이트선들과 픽셀 전극들 사이의) 게이트선들 주변으로부터 광이 누설되었다. 0℃에서의 구동 테스트에서, 50 시간 이후에 얼라이먼트가 분포되었고, 그 콘트라스트는 25:1 이하였다.

(제6 바람직한 실시예)

이제, 도 8 및 도 9를 참조하여, 본 발명에 따른 액정 디스플레이의 제6 바람직한 실시예를 설명할 것이다. 제6 바람직한 실시예에서의 액정 디스플레이는, 스위칭 소자들(18)이 픽셀들이 상향 정렬된 구조를 가지며, 컬러 필터가 어레이 기판 상에 형성되며, 어떠한 블랙 매트릭스 또는 어떠한 컬러 필터도 대향 기판 상에 형성되지 않았다는 것을 제외하면, 제4 바람직한 실시예에서의 액정 디스플레이와 동일한 구성을 갖는다.

픽셀들이 상향으로 배열된 구조는 도 9에 도시되어 있다. 게이트 전극들(61)과 (도시되지 않은) 캐패시터선들은 어레이 기판을 구성하는 유리 기판 상에 형성된다. 게이트 전극들(12a)과 캐패시터선들은 게이트 절연막(62)으로 덮혀있다 [도 9의 (b) 참조]. 채널로서 작용하는 비결정질 실리콘의 반도체막(64)은 게이트 전극(61)을 덮도록 게이트 절연막(62) 상에 형성된다 [도 9의 (b) 참조].반도체막(64) 상에는, 채널 보호막(65)이 형성된다. 이 채널 보호막(65)의 양측의 반도체막(64) 상에는, n+형 비결정질 실리콘의 소스들(66a) 및 드레인들(66b)이 형성된다 [도 9의 (d) 참조]. 소스들(66a)과 드레인들(66b)은 각각 금속의 소스 전극들(68a)과 드레인 전극들(68b)에 접속된다. 소스 전극들(68a)은 신호선들(16)에 접속된다. 소스 전극들(68a)과 드레인 전극들(68b) 상에는, 컬러 필터(69)가 형성된다. 이 컬러 필터(69) 상에는, ITO의 픽셀 전극들(15)이 형성된다. 이 픽셀 전극들(15)은 컬러 필터(69)에 제공된 컨텍트들(70)을 통해 드레인 전극(68b)에 전기적으로 접속된다.

본 바람직한 실시예에서는, 어떠한 블랙 매트릭스도 대향 기판 상에 형성되지 않으며, 스위칭 소자들은 픽셀들이 상향으로 배열되어 있는 구조를 갖는다. 이러한 구조에서는, 픽셀 전극들이 게이트선들과 신호선들 상에서 서로 중첩되어, 높은 개구비를 얻을 수 있게 된다. 제4 바람직한 실시예와 마찬가지로, 도 6의 (a)에 도시된 전압들 간의 관계에 의해 스메틱층이 형성된다. 그 결과, 어떠한 얼라이먼트 결함도 전체 스크린 상에서 발견되지 않았고, 300:1의 전면 콘트라스트가 얻어졌다. 또한, (10:1 이상의 콘트라스트를 가지며 그레이 스케일의 반전이 없는 영역의) 시계각은 수직 및 수평 방향에서 70℃ 이상이고, 액정 얼라이먼트와 콘트라스트는 0℃, 25℃ 및 50℃에서 3000 시간 동안 테스트 구동된 후에도 악화되지 않았다.

본 제6 바람직한 실시예에서는 TFT들(18)이 포지티브 TFT들을 갖는 반면, 네가티브 TFT들이 사용되는 경우에도 동일한 장점들을 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따르면, 픽셀 주변 부분으로부터 누설되는 광량을 가능한 한 감소시킬 수 있고, 높은 디스플레이 성능들을 갖는 액정 디스플레이를 얻을 수 있다.

본 발명은 그의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예의 형태로 설명되었지만, 본 발명의 기본 개념으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 방법으로 실시될 수 있음은 자명하다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허 청구 범위에서 개시된 바와 같은 발명의 개념으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 상기 실시 가능한, 모든 가능한 실시예들 및 상기 실시예들에 대한 변형들을 포함할 수 있음이 자명하다.

Claims

액정 디스플레이에 있어서,

제1 기판 상에 매트릭스 형태로 형성되어 있는 다수의 주사선들과 다수의 신호선들, 상기 주사선들과 상기 신호선들 사이의 교차점에 형성되는 다수의 스위칭 소자들 -상기 스위칭 소자들 각각의 일단은 상기 신호선들 중의 대응하는 한 선에 접속되며, 상기 스위칭 소자들 각각은 상기 주사선들 중의 대응하는 한 선의 신호에 응답하여 스위칭 동작을 행함-, 각각이 상기 스위칭 소자들 중의 대응하는 한 소자의 타단에 접속되는 다수의 픽셀 전극들, 및 상기 제1 기판 상에 상기 픽셀 전극들을 덮도록 형성된 제1 얼라이먼트층을 포함하는 어레이 기판;

제2 기판 상에 형성되는 대향 전극과, 상기 제2 기판 상에 상기 대향 전극을 덮도록 형성된 제2 얼라이먼트층을 포함하는 대향 기판; 및

자발 분극 (spontaneous polarization)을 가지며 카이랄 스메틱 C 상(相) (chiral smectic C phase)의 고온측에서 네마틱 상 또는 이방성 상을 가지는 액정 재료를 포함하고, 상기 어레이 기판과 상기 대향 기판 사이에 개재된 광 제어층 -상기 광 제어층 내의 액정 분자들의 광 축은 상기 액정 재료로 전계가 인가되지 않거나 또는 제1 극성의 제1 전계가 인가될 때 실제로 유지되고, 상기 액정 분자들의 상기 광 축은 상기 제1 극성과는 다른 제2 극성의 제2 전계가 상기 액정 재료로 인가될 때 상기 제2 전계의 크기에 따라 응답함-

을 포함하고

상기 주사선들과 상기 대향 전극 사이의 전계는 상기 스위칭 소자들이 턴 온될 때 상기 제1 극성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자들은 상기 픽셀들의 하부에 배치되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
제1항에 있어서, 상기 광 제어층에서의 스메틱층의 방향은 10 ° 이하의 분포를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자들 각각은 네가티브 TFT (negative TFT)를 포함하며,

상기 제1 얼라이먼트층은, 상기 액정 재료들에 전압이 인가되지 않을 때 액정 분자들의 자발 분극이 상기 제1 기판에 향하게 하는 얼라이먼트 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
제4항에 있어서, 상기 제1 얼라이먼트층은 폴리아크릴로니트릴 (polyacrylonitrile) 또는 폴리이미드로 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
제1항에 있어서, 상기 스위칭 소자들 각각은 포지티브 TFT (positive TFT)를포함하며,

상기 제1 얼라이먼트층은, 상기 액정 재료에 전압이 인가되지 않을 때 액정 분자들의 자발 분극이 상기 제2 기판에 향하는 얼라이먼트 특성을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
제6항에 있어서, 상기 제1 얼라이먼트층은 나일론 또는 벤조시클로부탄 폴리머 (benzocyclobutane polymer)로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
제1항에 있어서, 상기 광 제어층 내의 액정은 경사진 서가(書架) 구조 (tilted bookshelf structure)를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
제1항에 있어서, 상기 광 제어층 내의 상기 액정 분자들은 실제로 22.5°이상의 틸트각 (tilt angle)을 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
제1항에 있어서, 상기 제1 얼라이먼트층 상의 러빙 방향(rubbing direction)은 상기 제2 얼라이먼트층 상의 러빙 방향과 비평행한 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
제1 기판 상에 매트릭스 형태로 형성되는 다수의 주사선들과 다수의 신호선들, 상기 주사선들과 상기 신호선들 사이의 교차점에 형성되는 다수의 스위칭 소자들 -상기 스위칭 소자들 각각의 일단은 상기 신호선들 중의 대응하는 한 선에 접속되며, 상기 스위칭 소자들 각각은 상기 주사선들 중의 대응하는 한 선의 신호에 응답하여 스위칭 동작을 수행함-, 각각이 상기 스위칭 소자들 중의 대응하는 한 소자의 타단에 접속되는 다수의 픽셀 전극들, 및 상기 제1 기판 상에 상기 픽셀 전극들을 덮도록 형성된 제1 얼라이먼트층을 포함하는 어레이 기판; 제2 기판 상에 형성되는 대향 전극과, 상기 제2 기판 상에 상기 대향 전극을 덮도록 형성된 제2 얼라이먼트층을 포함하는 대향 기판; 및 자발 분극을 가지며 카이랄 스메틱 C 상의 고온측에서 네마틱 상 또는 이방성 상을 가지는 액정 재료를 포함하고, 상기 어레이 기판과 상기 대향 기판 사이에 개재된 광 제어층을 포함하는 액정 디스플레이를 제조하는 방법에 있어서,

상기 액정 재료의 네마틱 상 또는 이방성 상으로부터 카이랄 스메틱 C 상으로의 상 전이가 발생할 때, 상기 픽셀 전극들과 상기 대향 전극 사이의 극성의 전계를 인가함에 의해 카이랄 스메틱 C 상을 형성하는 단계를 포함하고,

상기 스위칭 소자들이 턴 온될 때 상기 전계의 상기 극성은 상기 대향 전극과 상기 주사선들 사이의 전계의 극성과 동일한 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 제조 방법.