KR20030028727A - 액정 표시 소자 - Google Patents

Abstract

본 발명의 액정 표시 소자는 제1 기판, 제2 기판, 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 액정층, 제1 기판의 표면에 배치된 제1 배향막, 및 제2 기판의 표면에 배치된 제2 배향막을 포함한다. 제1 배향막의 배향 방향은 제1 배향막의 제1 영역에서 제1 방위각 방향으로 영이 아닌 성분을 가지고 제1 배향막의 제2 영역에서 제2 방위각 방향으로 영이 아닌 성분을 가지며, 제1 방위각 방향은 제2 방위각 방향과 서로 다르다. 이로써, 액정 양단의 전계가 영인 경우에, 제1 액정 상태가 제1 배향막의 제1 영역에 의해 정의된 액정층의 제1 볼륨내에서 안정된다.

Description

액정 표시 소자{A Liquid Crystal Display Device}

본 발명은 액정 표시 소자에 관한 것으로, 특히 pi 셀 소자 또는 스플레이 벤드 소자(SBD)와 같은 표면 모드 LCD에 관한 것이다.

본 명세서에 사용되는 용어 '표면 모드 LCD'는 액정층 양단에 전계를 변화시킴으로써 유발되는 광학적 변화가 액정층의 표면층에 크게 발생하는 LCD를 의미한다. 표면 모드 LCD의 예는 여러 타입이 있지만, pi 셀 소자와 스플레이 벤드 소자가 대표적이다. 표면 모드 LCD는 P.D. Berezin 등에 의해 'Sov.J. Quant. Electronics', Vol 3, p78-79 (1973)에 개시되어 있다.

pi 셀(광학 보상 복굴절 소자(OCB)로 알려져 있음)은 P.J. Bos 등에 의해 'Mol. Cryst. Liq. Cryst.', Vol 113, p329-339 (1984) 및 미국 특허 번호 4,635,051호에 개시되어 있다. pi 셀의 구조는 도 1에 개략적 도시되어 있다. 이 소자는 배향막(3, 3')이 그 위에 배치되는 투명 기판(1, 1')을 포함한다. 네마틱 액정(4)은 기판(1, 1') 사이에 배치된다.

배향막(3, 3')은 배향막(3, 3')과의 경계에 있는 액정층(4)내에 액정 분자의 평행 배향을 생성한다. 이는 평행하게 러빙된 폴리아미드 배향막을 사용함으로써달성된다.

액정층의 선택 영역에 전계가 인가될 수 있도록 어드레스 전극(2, 2')이 기판(1, 1') 상에 제공된다. 액정층(4)은 선형 편광자(6, 6') 사이에 배치되고, 이 선형 편광자들의 투과축은 서로 교차하고 액정층의 광축에 대해 45°를 이룬다.

액정층의 광축과 교차하는 광축을 가진 지연기(5)가 선택사항으로서 액정층(4)과 하나의 편광자 사이에 제공되어 액정층의 지연을 보상할 수도 있다. 지연기는 LCD의 무-지연이 액정층 양단의 유한 전압에서 달성될 수 있게 함으로써 동작 전압의 요구 범위를 낮춘다.

pi 셀 소자의 동작 원리가 도 2a 내지 도 2c에 도시되어 있다.

도 2a 내지 도 2d의 pi 셀 소자에서, 상부 기판(1) 상의 배향막(3)의 배향 방향(7)은 하부 기판(1') 상의 배향막(3')의 배향 방향(7')과 평행하다. 액정층 양단에 전계가 인가되지 않을 경우, 그 안정한 액정 상태가 '스플레이 상태'(H-상태)이다. 본 명세서에 사용하는 용어 '스플레이 상태'는 액정층의 디렉터가 액정층의 벌크(즉, 실질적으로 기판에서의 액정 분자를 제외함)내에서의 어떤 지점에서 기판과 실질적으로 평행하게 되어 있는 임의의 액정 상태를 포함하는 것을 의도한다. 즉, '스플레이 상태'는 액정층의 디렉터가 액정층의 벌크내의 어떤 지점에서 실질적으로 (기판에 대해) 영의 틸트를 가지는 임의의 상태를 포함한다.

도 2a에 도시된 스플레이 상태에서, 액정층의 중앙에서의 액정 분자의 디렉터는 기판에 대해 실질적으로 평행하다. 도 2a 내지 2(d)의 직사각형 및 원통형은 액정 분자의 디렉터를 나타낸다.

임계값 보다 큰 전계가 액정층 양단에 인가되면, 액정 분자는 벤드 상태(V-상태)를 취한다. 본 명세서에 사용되는 용어 '벤드 상태'는 액정층의 벌크(즉, 실질적으로 기판에서의 액정 분자를 제외함)내에 액정층의 디렉터가 기판에 대해 실질적으로 평행하게 되어 있는 지점이 전혀 없는 임의의 액정 상태를 포함하는 것을 의도한다. 즉, '벤드 상태'는 액정층의 디렉터가 액정층의 벌크내의 임의의 지점에서 실질적으로 영의 틸트(기판에 대한 틸트)를 갖지 않는 임의의 상태를 포함한다.

도 2b와 도 2d에 도시된 벤드 상태에서, 액정층의 중앙에서의 액정 분자의 디렉터는 기판에 대해 실질적으로 수직이다. 도 2b는 액정층 양단에 저전압 인가시에 일어나는 제1 벤드 상태를 도시하고, 도 2d는 액정층 양단에 보다 고전압 인가시에 일어나는 제2 벤드 상태를 도시한다. pi 셀은 도 2(b)의 제1 저전압 벤드 상태와 도 2d의 제2 고전압 벤드 상태 사이에서 액정층을 스위칭시킴으로써 동작된다. 도 2b 및 도2d로부터 알 수 있는 바와 같이, 도 2(b)의 제1 저전압 벤드 상태에서 도 2d의 제2 고전압 벤드 상태로의 스위칭시에, 또는 그 반대로의 스위칭시에, 액정층의 중심에서 두께 방향으로 액정 분자의 배향에는 변화가 실질적으로 없다. 액정 분자의 배향에서의 대부분의 변화는 기판 근처의 액정층의 표면 영역(12)에서 발생하게 되며, 그래서 '표면 모드 소자'라고 한다.

액정층 양단의 전계가 임계값 이하로 감소되면, 액정층은 도 2a의 스플레이 상태로 완화되기 전에 도 2c에 도시된 트위스트 상태로 완화될 것이며, 소자의 동작을 재개시하기 위해는 액정층을 다시 벤드 상태로 가도록 할 필요가 있다. 트위스트 상태와 벤드 상태는 스플레이 상태와 토폴로지가 각각 다르다. 그래서, 스플레이 상태와 벤드 상태 또는 트위스트 상태 사이의 디스로케이션 벽의 생성과, 액정 양단의 디스로케이션 벽의 이동에 수반하는 핵화 과정이, 액정층을 스플레이 상태로부터 벤드 상태 또는 트위스트 상태로 변화시키기 위해 요구된다. 이것은 액정 분자의 낮은 프리틸트로 인하여 일반적으로 큰 인가 전압이 요구된다. 프리틸트는 통상적으로 45°이하이고, 충분한 광변조와 전술한 두 벤드 상태 사이의 고속 스위칭(예를 들어 몇 밀리초 또는 그 이하)을 제공하기 위해서는 일반적으로 2°와 10°사이이다.

또 다른 표면 모드 장치인 SBD 장치가 영국 특허출원번호 9712378.0호에 개시되어 있다. SBD 장치내의 배향막이 높은 프리틸트를 갖는데 반하여, pi 셀내의 배향막은 낮은 프리틸트를 갖는다는 점을 제외하고는, SBD 장치의 구조는 일반적으로 pi 셀의 구조와 유사하다. SBD 장치는 음의 유전 이방성을 갖는 액정 재료를 사용하는데 반하여, pi 셀은 양의 유전 이방성을 갖는 액정 재료를 사용한다. SBD 장치의 액정층 양단에 어떤 전압도 인가되지 않는 경우에는, 벤드 상태가 안정하다. 액정층 양단에 인가되는 전압이 임계값보다 큰 경우에는, 스플레이 상태가 안정하다. 동작 중에는, SBD 장치가 저전압 스플레이 상태와 고전압 스플레이 상태 사이에서 스위칭된다. 액정층 양단에 걸리는 전압이 임계값 아래로 감소하는 경우에는, 액정은 벤드 상태로 되며, 동작을 개시하기 전에 액정층을 다시 스플레이 상태로 되돌릴 필요가 있다.

공지된 pi 셀들의 하나의 문제점은, 스플레이 상태와 토폴로지가 다른 벤드상태를 핵화시키고 안정화시키는데에 어려움이 있다는 것이다. 벤드 상태의 핵화를 촉진시키기 위한 종래기술이 많이 공지되어 있다.

액정층이 카이럴 도펀트를 가져서 액정 분자의 피치(p)에 대한 액정층의 두께(d)의 비가 d/p > 0.25를 만족하는 pi 셀이 미국 특허 번호 4,566,758호에 개시되어 있다. 이 소자에서는, 저전압이 인가된 안정한 액정 상태는 스플레이 상태가 아니고, 고전압이 인가된 안정한 액정 상태로는 벤드 상태보다는 트위스트 상태(T-상태)이다. 이 소자는 원하는 동작 상태를 핵화시키는 문제를 극복하고, 트위스트 상태가 벤드 상태와 일반적으로 동일한 광학 특성을 가지기 때문에, 고전압으로 인가된 종래의 pi 셀과 동일한 광학 특성을 보여준다. 그러나, 저전압이 인가된 ㅣ경우에 광학적 특성에 대한 액정층의 고유의 트위스트 효과는 종래의 pi 셀보다 낮은 성능을 갖는다. 특히, 카이럴 도펀트의 존재는 소자의 휘도를 감소시킨다.

고전압의 인가하에서 벤드 상태를 핵화시키고, 고전압이 인가되는 동안 네트워크의 중합에 의해 벤드 상태를 안정화시키는 기술이 영국 특허출원번호 9521043.1에 개재되어 있다. 그러나, 이 종래 기술은 TFT 패널에 요구되는 크기의 전압을 인가하는데 어려움이 있기 때문에, 액티브 매트릭스 소자에 사용하기에는 적당하지 아니하다. 또 다른 단점은 인-시츄 중합이 액정층에 이온성 오염을 야기시킬 수 있어서 이미지 스티킹(image sticking)을 야기시킨다는 것이다.

Noguchi 등은 SID 97 Digest, p739에, pi 셀에서 벤드 상태의 핵화를 촉진시키는 방법을 제안했다. 스플레이 상태로부터 벤드 상태로 액정층을 스위칭하기 위해 액정층 양단에 20V 정도의 전압이 인가된다. 그러나, TFT(박막 트랜지스터) 기판에 이 크기의 전압을 제공하는 것은 어렵다.

Miwa 등은 IDW 97 Digest, p85에, pi 셀의 벤드 상태의 안정성을 유지하는 방법을 제안했다. 리세트 주기가 각각의 프레임내에서 제공되고, 고전압 벤드 상태는 이 주기내에서 어드레스된다. 이것은 낮은 구동 전압이 인가는 경우에 액정층이 스플레이 상태로 되는 것을 막는다. 그러나, 이것은 스플레이 상태로부터 벤드 상태의 초기의 핵화를 어드레스하지는 않는다.

HAN(혼성 배향 네마틱) 상태 또는 벤드 상태가 액정층 양단에 저전압 인가시에 안정하게 되는 핵화 영역을 갖는 pi 셀이 EP-A-0 996 028호에 개시되어 있다. 핵화 영역은 배향막을 패터닝함으로써 정의되므로, 높은 프리틸트 영역과 낮은 프리틸트 영역을 가지고, HAN 상태 또는 벤드 상태는 높은 프리틸트 영역에서 안정화되어 있다.

또한, EP-A-0 996 028호가 핵화 영역을 형성하는 것을 교시하고 있다. 이 핵화 영역들은 액정층을 원하는 동작 상태로 두고, 동작 상태에서 액정층의 선택된 볼륨을 중함시켜 그 선택된 볼륨을 고정시키기 위하여 액정층의 선택된 볼륨을 중합시킴으로써 형성된다.

액정층이 실질적인 호모트로픽 배향을 취하는 영역에 의해 액정층의 활성 영역이 둘러싸여진 pi 셀이 EP-A-0 965 876에 개시되어 있다. 액정층 양단에 어떤 전압도 인가되지 않은 경우에, 이 호모트로픽 영역은 활성 영역에서 스플레이 상태가 재형성되는 것을 방지하므로, 활성 영역은 트위스트 상태로 된다. 소자의 동작 상태는 벤드 상태이다.

EP-A-0 996 028호와 EP-A-0 965 876호의 방법은 극소수의 배향막만이 호모트로픽 배향 영역 및 평면 배향 영역을 주는 것으로 하게 될 수 있다는 단점을 갖는다. 또한, 이를 행할 수 있는 재료에 대해서도, 결과적인 프리틸트 특성은 사용된 특정 액정 재료에 크게 의존하게 되어 버린다.

일본 특허 공개 JP-A-990432(Toshiba)에는 pi 셀 패널내에 핵화 개소(nucleation site)를 제공하는 것이 개시되어 있다. 핵화 개소는 pi 셀 패널내에 스페이서 볼 또는 필러를 포함시켜, 패널에 전계를 인가하면서 액정 재료를 등방 위상에서 네마틱상으로 냉각하는 것을 통해 제공된다. 그 결과 몇몇의 스페이서 볼 및 필러는 핵화 개소로 작용하여 V-상태에서 H-상태로 성장한다. 이러한 종래 기술에는 많은 단점이 있다. 먼저, 패널을 제조하는 동안에 인가된 전계의 영향하에서 액정 분자를 배향시키는 것이 필요하므로 추가의 공정 단계가 요구된다. 이러한 추가의 공정 단계는 패널의 제조를 복잡하게 한다. 둘째, 몇몇 스페이서 볼 및 필러는 H-상태에서 V-상태로 핵화할 수 있으므로, 패널의 동작 상태를 불안정하게 한다.

이 방법으로 효과적으로 성공하기 위해서는,정확한 이방성 구조를 스페이서 볼 또는 필러 주위에 제공하도록 소자가 등방 위상으로부터 전계 인가 환경에서 소자가 등방 위상으로부터 이상적으로 냉각되야 한다. 이러한 공정은 수행하기 어려우며, 소자의 대량 생산에 적합하지 않다.

JP-A-9218411 (Sekisui)에는 액정층이 벤드 상태를 갖는 액정 표시 소자가 개시되어 있다. 액정층에 전계가 인가되지 않으면 액정층내에 구형 스페이서 입자를 제공함으로써 벤드 상태는 안정화된다. 스페이서 입자는 표면 에너지를 가지므로 배향막에 인접한 액정 분자는 대부분 배향막에 평행하게 배향된다. 이 방법은 소자의 초기의 배향시에 액정층에 전계가 인가되어야 하는 단점이 있다. 또 다른 단점은 스페이서 입자가 소자의 화소 영역내에 위치하여야 하므로 입자가 존재하는 만큼 표시 장치의 콘트라스트비가 감소된다는 것이다. 또한, 전술한 바와 같이, 소자가 전계 인가하에서 등방 위상으로부터 냉각되어야 하므로 대량 생산 기술로는 적합하지 않다.

본 출원과 동시에 계류중인 영국 특허출원번호 0024636.3호에 개시되어 있는 액정 표시 소자에서는 두께-대-피치 비가 d/p > 0.25인 핵화 영역이 제공되어 액정층에 전계가 인가되지 않는 경우, 180°트위스트 상태를 안정화시킨다. 일 실시예에서는 원하는 d/p 비를 얻기 위해 액정층의 두께를 액티브 영역에 비해 핵화 영역에서 더 증가시킨다. 다른 실시예에서는 액정 분자의 피치를 액티브 영역에 비해 핵화 영역에서 더 작게하여 원하는 d/p 비를 핵화 영역에서 얻는다. 액티브 영역은 낮은 d/p 비를 갖는다.

상기 출원에 개시된 기술은 액정층의 두께가 변동하여야 하므로 추가의 공정 단계가 필요하다. 다른 한편으로는, 액정층에서 액정 분자의 피치가 변동하여야 하므로, 제어하기 어려운 마스크 광중합화 공정이 수반되며, 더욱이 인-시츄 중합화 공정은 이온성 오염을 유발하여 이미지 스티킹을 야기할 수 있다.

JP-A-2000-066208 (Matsushita)에는 액정층내에 반평행 배향의 영역을 제공하기 위해 배향막의 프리틸트를 변동시킴으로써 벤드 상태의 핵화를 보조하는 OCB액정 장치가 개시되어 있다. 그러나, 그것만으로는 벤드 상태의 적절한 핵화를 보장하기에 불충분하므로, 배향막중 하나를 거칠게 할 필요가 있다. 이 방법도 역시 추가의 공정 단계가 요구된다. 또한, 반평행 배향 영역 및 배향막의 거친 영역이 소자의 액티브 영역내에 있으므로, 소자의 시야각 및 콘트라스트 비에 악영향을 준다.

EP-A-0996028에는 핵화 영역을 갖는 액정 표시 소자가 개시되어 있다. 그 영역은 배향막의 프리틸트 각을 변동시킴으로써 정의된다.

EP-A-11241538에는 핵화 영역을 갖는 액정 표시 소자가 개시되어 있다. 핵화 영역은 액정층의 두께를 변동시킴으로써 정의된다.

본 발명의 제1 태양에 따라 제공되는 액정 표시 소자는, 제1 기판; 제2 기판; 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 액정층; 액정층에 인접한 제1 기판의 표면에 배치된 제1 배향막; 액정층에 인접한 제2 기판의 표면에 배치된 제2 배향막을 포함하며, 상기 제1 배향막의 배향 방향은 제1 배향막의 제1 영역에서 제1 방위각 방향으로 영이 아닌 성분을 가지고, 제1 배향막의 제2 영역에서 제1 방위각 방향과는 다른 제2 방위각 방향으로 영이 아닌 성분을 가지며, 영의 인가 전계에서, 제1 액정 상태가 제1 배향막의 제1 영역에 의해 정의된 액정층의 제1 볼륨에서 안정되고, 액정 표시 소자의 원하는 동작 상태와 토폴로지가 동등한 제2 액정 상태가 제1 배향막의 제2 영역에 의해 정의되는 액정층의 제2 볼륨에서 안정되어 있다.

배향막은 그 배향막에 인접한 액정 분자를 소정의 방향으로 배향시킨다. 소정의 방향은 (배향막이 영의 프리틸트를 유발시키는 경우에) 배향막의 평면내에 있거나, (배향막이 영이 아닌 프리틸트 각을 유발시키는 경우에) 배향막의 평면밖에 있을 수도 있다. 이하에서 사용되는 용어 '배향 방향'은 배향막에 인접한 액정 분자에서 유발되는 전체적인 배향 방향으로서, 배향막의 평면내에 또는 평면밖에 있을 수 있다. 이하에서 사용되는 배향 방향의 '방위각 성분'은 배향막의 평면내에 배향 방향을 유발시키게 한 배향 방향의 성분이다. 이하에서 사용되는 '방위각 성분'은 그 관련된 배향막의 평면내의 방향이다.

액정 재료가 하나의 액정 상태에서 다른 액정 상태로 스무스하게 변환될 수 있다면, 그 두 액정 상태는 서로 '토폴로지가 동등하다'라고 말한다. 스무스한 변환이 가능하기 위해서는, 첫째, 그 변환시에 액정층의 벌크내의 액정 구조에 디스클리네이션 내지 그 밖의 불연속성이 발생하지 않아야 하고, 둘째, 액정 재료의 상하 표면에서의 표면 배향이 두 액정 상태에서 동일해야 한다.

제2 액정 볼륨은 핵화 영역으로 작용한다. 핵화 영역을 제공하면, 액정층에 전계가 인가되는 경우 제1 액정 볼륨에서 원하는 액정 동작 상태의 형성을 촉진시킨다. 액정 구조는 제1 액정 볼륨과 제2 액정 볼륨간의 계면에서 디스토션되므로, 영의 인가 전계에서도 그 계면에서는 디스클리네이션 내지 그밖의 결함이 존재한다. 핵화 영역을 제공하면, 계면에서 디스클리네이션 내지 그밖의 결함을 발생시킬 필요 없이 기존재의 디스클리네이션 내지 그밖의 결함들을 제1 액정 볼륨을 통해 이동시키면 되므로, 제1 액정 볼륨에서 소자의 원하는 액정 동작 상태를 얻는데 필요한 인가 전계는 감소된다. 일단 원하는 동작 상태가 제1 액정 볼륨에서 형성되면, 제1 액정 볼륨은 화상을 표시하기 위한 액티브 영역으로 작용한다. 제2 액정 상태는 액정층에 전계가 인가되지 않은 경우, 제1 배향막의 배향 방향을 변화시킴으로써 제2 액정 상태가 핵화 영역에서 안정화되며, 이에 따라 제2 액정층을 안정화하는데 필요한 액정층의 d/p 비는 감소한다.

제2 배향막의 배향 방향은 제2 배향막의 제1 영역에서 제3 방위각 방향으로 영이 아닌 성분을 가지고, 제2 배향막의 제2 영역에서 제3 방위각 방향과는 다른 제4 방위각 방향으로 영이 아닌 성분을 가질 수도 있다.

제1 배향막의 제1 영역은 일반적으로 제2 배향막의 제1 영역에 대향하여 배치되고, 제1 방위각 방향은 제3 방위각 방향과 실질적으로 평행하게 할 수도 있다. 이렇게 하면, 제1 액정 볼륨에서 평행 배향이 제공되므로, 액정층에 인가 전계가 없는 경우, 스플레이 상태가 제1 액정 볼륨에서 안정한 상태가 된다.

제1 배향막의 제2 영역은 일반적으로 제2 배향막의 제2 영역에 대향하여 배치되고, 제2 방위각 방향은 제4 방위각 방향과 실질적으로 반평행하게 될 수도 있다. 이렇게 하면, 제2 액정 볼륨에서 반평행 배향이 제공되므로, 액정층에 인가 전계가 없는 경우, 제2 액정 볼륨에서 벤드 상태가 안정한 상태가 된다.

제1 배향막의 제1 영역의 배향 방향의 방위각 성분은 제1 배향막의 제2 영역의 배향 방향의 방위각 성분에 대해 실질적으로 90°가 될 수도 있다.

제1 배향막의 제2 영역은 일반적으로 제2 배향막의 제2 영역에 대향하여 배치되며, 제2 및 제4 방위각 방향은 제2 액정 볼륨내에서 액정 트위스트 각 φ를 유발하도록 선택될 수도 있다. φ의 크기는 90°보다 작게 될 수도 있다. 액정층은아카이럴 액정 재료의 층일 수도 있다.

φ의 크기는 90°와 165°사이이고, 액정층은 카이럴 액정 재료의 층일 수도 있다.

제1 배향막의 제1 영역에 대향하여 배치된 제2 배향막 영역의 배향 방향의 방위각 성분은 제1 배향막의 제2 영역에 대향하여 배치된 제2 배향막 영역의 배향 방향의 방위각 성분과 실질적으로 동일할 수도 있다.

제1 배향막의 제2 영역에 대향하여 배치된 제2 배향막 영역의 배향 방향의 방위각 성분은 제1 배향막의 제2 영역의 배향 방향의 방위각 성분과 평행하지 아니할 수도 있다.

제1 배향막의 제2 영역에 대향하여 배치된 제2 배향막 영역의 배향 방향의 방위각 성분은 제1 배향막의 제2 영역의 배향 방향의 방위각 성분에 대해 실질적으로 90°가 될 수도 있다.

제1 배향막의 제2 영역의 프리틸트 각은 실질적으로 영이다. 액정층은 아카이럴 액정 재료층일 수 있다.

제1 배향막의 제1 영역에 대향하여 배치된 제2 배향막 영역의 배향 방향의 방위각 성분은 제1 배향막의 제1 영역의 배향 방향의 방위각 성분과 평행하지 아니할 수도 있다. 제1 배향막의 제1 영역의 배향 방향의 방위각 성분은 제1 배향막의 제2 영역의 배향 방향의 방위각 성분에 대해 실질적으로 90°가 될 수도 있다.

액정 표시 소자는 복수의 화소를 포함하그, 그 동일한 화소에 액정층의 제1 볼륨과 액정층의 제2 볼륨이 제공될 수도 있다.

액정층의 제2 볼륨은 액정 표시 소자의 비표시부분에 적어도 부분적으로 제공될 수도 있으며, 액정 표시 소자의 비표시부분에 전볼륨으로 제공될 수도 있다.

제1 액정 볼륨의 기판중 선택된 하나로의 사영을 제2 액정 볼륨의 기판중 선택된 하나로의 사영이 둘러싸도록 할 수도 있다.

액정 표시 소자는 pi 셀일 수도 있고, SBD 액정 표시 소자일 수도 있다. 또한, 역도핑 트위스트 네마틱 액정 표시 소자일 수도 있다.

도 1은 pi 셀의 개략 단면도.

도 2a 내지 도 2d는 pi 셀내의 다양한 액정 상태를 나타내는 도.

도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따르는 액정 표시 소자의 개략 사시도.

도 3b는 도 3a의 액정 표시 소자의 개략 단면도.

도 4a 내지 도 4g는 도 3a와 도 3b의 pi 셀을 제조하는 방법의 단계를 나타내는 도.

도 5a는 본 발명의 제2 실시예에 따르는 액정 표시 소자의 개략 사시도.

도 5b는 도 5a의 액정 표시 소자의 개략 단면도.

도 6a는 본 발명의 제3 실시예에 따르는 액정 표시 소자의 개략 사시도.

도 6b는 도 6a의 액정 표시 소자의 개략 단면도.

도 7a는 본 발명의 제4 실시예에 따르는 액정 표시 소자의 개략 사시도.

도 7b는 도 7a의 액정 표시 소자의 개략 단면도.

도 8a는 본 발명의 제5 실시예에 따르는 액정 표시 소자의 개략 사시도.

도 8b는 도 8a의 액정 표시 소자의 개략 단면도.

도 9a는 본 발명의 제6 실시예에 따르는 액정 표시 소자의 개략 사시도.

도 9b는 도 9a의 액정 표시 소자의 개략 단면도.

도 10a는 본 발명의 제7 실시예에 따르는 액정 표시 소자의 개략 사시도.

도 10b는 도 10a의 액정 표시 소자의 개략 단면도.

도 11은 본 발명의 제8 실시예에 따르는 액정 표시 소자의 개략 평면도.

도면 전체를 통하여 동일한 부분에는 동일한 도면부호를 붙인다.

*도면의 주요부분에 대한 간단한 설명*

1 : 상부 기판

1' : 하부 기판

3 : 상부 배향막

3' : 하부 배향막

2, 2' : 어드레스 전극

20 : 상부 배향막의 제1 영역

21 : 상부 배향막의 제2 영역

20' : 하부 배향막의 제1 영역

21' : 하부 배향막의 제2 영역

7' : 제1 방향

41' : 제2 방향

7 : 제3 방향

41 : 제4 방향

22: 제1 액정 볼륨

23: 제2 액정 볼륨

8' : 포토레지스트의 잔여 부분

9: 비마스크된 영역

10: 스플레이 상태

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하며 예시적인 실시예를 통해 설명한다.

본 발명의 액정 표시 소자는 액정층에 인가된 전계가 영인 경우, 안정한 액정 상태가 표시 소자의 원하는 동작 상태와 토폴로지가 동등한 영역을 포함한다. 이러한 영역은 핵화 영역으로 작용하며, 액정 표시 소자의 적어도 하나의 배향막의 배향 방향의 방위각 방위를 변화시킴으로써 정의된다.

본 발명을 원하는 동작 상태가 벤드 상태인 pi 셀과 특히 관려하여 설명하겠다. 평행 배향 LCD에서 180°트위스트 상태는 벤드 상태와 토폴로지가 동등하며, 전술한 바와 같이, 180°트위스트 상태가 ｜d/p｜ > 0.25 인 카이럴 액정 재료를 사용하여 안정화되는 핵화 영역을 제공하는 것은 이미 제안되어 있다. 그러나, 이와 같이 d/p 비의 값이 높은 액정 재료를 사용하면 표시 장치의 휘도가 감소한다. 본 발명에서는 영의 인가 전계에서 낮은 d/p 값으로 트위스트 상태를 안정화할 수 있으므로, 표시 장치의 휘도는 별로 감소되지 않는다.

도 3a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정 표시 소자(LCD)의 개략 사시도이고, 도 3b는 도 3a의 LCD의 액정 배향을 나타내는 개략 단면도이다. 이 실시예에서 LCD는 pi 셀인데, 본 발명은 pi 셀에 한정되는 것은 아니다.

도 3a와 도3b는 배향막(3, 3')과 액정 분자만을 나타내었다. 기판(1, 1')과 어드레스 전극(2, 2')은 간략화를 위해 생략하였다. 도 3a와 도3b는 액정층에 전계가 인가되지 않은 경우의 LCD를 도시한다.

본 발명에서는, 소자의 원하는 동작 상태의 형성을 촉진시키기 위해 핵화 영역이 LCD의 액정층에 정의되어 있다. 핵화 영역은 적어도 하나의 배향막(3, 3')의 배향 방향의 방위각 성분을 패터닝함으로써 정의된다. (도 3a와 도3b의 실시예에서는 양쪽 배향막의 배향 방향의 방위각 성분이 패터닝되어 있지만, 이하 설명되는 실시예에서는 하나의 배향막에만 배향 방향의 방위각 성분이 다른 영역이 제공되어 있다.)

도 3a 에 도시된 바와 같이, 하부 배향막(3')의 배향 방향의 방위각 성분의 방향은 배향막(3') 영역에 걸쳐 일정하지는 않다. 하부 배향막(3')의 제1 영역(20')에서, 배향 방향의 방위각 성분은 영이 아니고 제1 방향(7')으로 연장하며, 하부 배향막(3')의 제2 영역(21')에서는 배향 방향의 방위각 성분은 영이 아니니고 제2 방향(41')으로 연장한다. (본 명세서에서 '상부', '하부'란 용어는 설명을 용이하게 하기 위한 것이지, 본 발명의 LCD가 도면에 도시된 방향으로 한정되도록 하기 위한 것은 아니다.) 제1 방향(7')과 제2 방향(41')은 서로 다르며, 모두 하부 배향막(3')의 평면내에 있다. 마찬가지로, 상부 배향막(3)의 배향 방향의 방위각 성분의 방향은 배향막(3) 영역에 걸쳐 일정하지는 않다. 상부 배향막(3)의 제1 영역(20)에서, 배향 방향의 방위각 성분은 영이 아니고 제3 방향(7)으로 연장하며, 상부 배향막(3)의 제2 영역(21)에서는 배향 방향의 방위각 성분은 영이 아니고 제4 방향(41)으로 연장한다. 제3 방향(7)과 제4 방향(41)은 서로 다르며, 모두 상부 배향막(3)의 평면내에 있다. 상부 배향막(3)의 제1 및 제2 영역은 일반적으로 하부 배향막(3')의 제1 및 제2 영역과 각각 대향하여 배치된다. 하부 배향막(3')의 제1 영역(20')이 제1 액정 볼륨(22)을 정의하는데, 여기서 액정 배향은, 특히, 상부 배향막(3)의 제1 영역(20)의 배향 방향의 방위각 성분의 방향(7)과 하부 배향막(3')의 제1 영역(20')의 배향 방향의 방위각 성분의 방향(7')에 의해 결정된다. 하부 배향막(3')의 제2 영역(21')은 제2 액정 볼륨(23)을 정의하는데, 여기서 액정 배향은, 특히, 상부 배향막(3)의 제2 영역(21)의 배향 방향의 방위각 성분의 방향(41)과 하부 배향막(3')의 제2 영역(21')의 배향 방향의 방위각 성분의 방향(41')에 의해 결정된다. 제1 액정 볼륨(22)과 제2 액정 볼륨(23)간의 경계는 도 3b에 도면부호 24로 도시되어 있다.

이 실시예에서 제1 방향(7')과 제3 방향(7)은 서로 평행하다. 그러므로, 액정층의 제1 볼륨(22)은 평행 배향을 갖는다. 제4 방향은 제4 방향(41')과 반평행하다(즉, 180°이다.). 그러므로, 액정층의 제2 볼륨(23)은 반평행 배향을 갖는다.

이 실시예에서, 액정층은 아카이럴 네마틱 액정 재료의 층이다. 인가되는 전계가 없는 경우, 제1 액정 볼륨(22)에서는 스플레이 상태(10)가 안정한 액정 상태이고 제2 액정 볼륨(23)에서는 벤드 상태(42)가 안정한 액정 상태이다. 제1 액정 볼륨(22)과 제2 액정 볼륨(23) 사이의 계면에는 디스클리네이션이 존재하며, 액정 재료는 제1 및 제2 액정 볼륨 사이의 계면에서 어느 정도의 트위스트를 허용할 수 있다.

액정층에 상당히 큰 전계가 인가되는 경우에는, 제1 액정 볼륨(22)에서 벤드 상태가 안정한 액정 상태로 된다. 도 2b에 도시된 타입의 저전압 벤드 상태 또는 도 2d에 도시된 타입의 고전압 벤드 상태를 선택하도록 인가 전계의 크기를 변화시킴에 따라 제1 액정 볼륨의 광학 특성이 변화하므로, 제1 액정 볼륨(22)은 LCD의 액티브 영역으로 작용한다. 그러므로, LCD의 액티브 영역에는 원하는 화상이 표시된다.

제2 액정 영역(23)은 핵화 영역으로 작용한다. 핵화 영역을 제공하면 액정층에 전계가 인가되지 않더라도 벤드 상태가 핵화 영역에서 안정화하는 효과가 있다. 영전압 벤드 상태(42)는 소자의 동작 상태를 이루는 도 2b 및 2d에 도시된 벤드 상태와 토폴로지가 동등하다. 그러므로, 액정층에 전계가 인가되는 경우, 원하는 벤드 상태는 핵화 영역(즉, 제2 액정 볼륨(23))으로부터 액정층의 액티브 영역(즉, 제1 액정 볼륨(22))으로 간다. 액정층에 전계가 인가되지 않는 경우라도, 핵화 영역(즉, 제2 액정 볼륨(23))과 액티브 영역(즉, 제1 액정 볼륨(22)) 사이의 계면에는 디스클리네이션 내지 그밖의 결함이 존재하므로, 전압 인가시 디스클리네이션 및 결함을 발생시킬 필요가 없다.

제1 및 제3 방향(7, 7')은 제2 및 제4 방향(41', 41)과 각각 영이 아닌 각을 이룬다. 도 3a와 도3b는 특히 바람직한 경우로서, 제1 및 제3 방향(7, 7')이 제2및 제4 방향(41', 41)과 각각 90°인 경우를 도시한다. 도 3b에 도시된 바와 같이 이 실시예에 따른 pi 셀을 관찰하면, 액티브 영역에서 스플레이 상태는 지면내에 있고 핵화 영역에서 벤드 상태는 지면밖에 있다. 따라서, 스플레이 상태와 벤드 상태간의 계면에는 최대 디스토션이 생기며, 액정층에 전압이 인가되는 경우, 액티브 영역으로 벤드 상태의 가장 효과적인 핵화가 이루어진다.

제1 및 제3 방향(7, 7')과 제2 및 제4 방향(41', 41)간의 각이 90°일 필요는 없고, 액정층에 전압이 인가되는 경우, 액티브 영역으로 벤드 상태의 효과적인 핵화가 이루어지는 어떤 각라도 좋다. 그러나, 제1 및 제3 방향(7, 7')과 제2 및 제4 방향(41', 41)간의 각은 70°이상인 것이 바람직하며, 45°이하의 각에서는 효과적인 핵화가 일어나지 않는다.

제1 실시예에 따른 pi 셀은 아카이럴 액정 재료(d/p = 0 인 액정 재료임)를 사용하여 구현될 수 있다. 그러므로, 본 발명에서는 핵화 영역에서 180°트위스트 상태를 안정화하기 위해 d/p > 0.25 인 액정 재료가 사용되는 경우에 불가피하게 발생하였던 휘도의 손실을 방지할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 LCD 제조 방법을 도 4a 내지 4g를 참조하여 설명한다.

먼저, 인듐 주석 산화물(ITO) 층(도시하지 않음)이 피복되어 있는 세정된 유리 기판(1)상에 배향막(13)을 배치한다. ITO층은 투명성 도전층이며, 어드레스 전극을 형성한다. 이 실시예에서, 배향막은 Nissan Chemical Industry의 폴리이미드 RN-715 (타입 0621)로 형성된다. 이 재료의 러빙되지 않은 층은 높은 프리틸트 각을 갖지만, 이 재료를 러빙하면 프리틸트 각은 3°정도로 낮게 감소된다. (재료가 '높은 프리틸트 각을 갖는다'는 것은, 그 재료가 LCD에서 배향막으로 사용되는 경우, 배향막에 접속하는 액정 분자에서 높은 프리틸트 각을 야기한다는 의미이다.)

배향막(13)은 임의의 적절한 방법으로 기판(1)상에 배치될 수 있다. 본 방법에서는, RN-715 폴리이미드의 층을 기판(1)상에 5krpm으로 30초 동안 회전시킨다. 그 다음, 폴리이미드 층을 80℃로 2분간 가열하고, 250℃에서 1시간 동안 경화시킨다.

다음에는, 도 4b에 도시된 바와 같이, 배향막(13)을 러빙하여 배향막의 프리틸트 각을 감소시킨다. 이 실시예에서, 회전수가 3krpm이고 파일 디포메이션이 0.3이고 순방향 속도가 20mm/s이고 원주가 158 mm인 롤러상의 러빙 천 YA-20-R로 배향막을 3회 러빙한다.

다음, 도 4c에 도시된 바와 같이, 배향막(3)상에 포지티브 포토레지스트 층(8)을 적층한다. 이 실시예에서, 포지티브 포토레지스트 층(8) (Shipley, Europe Limited의 Microposit S1805 계열)을 배향막(13)상에 40초 동안 4.5 krpm으로 스핀피막하여, 약 500 nm 두께의 포토레지스트의 층(8)을 제공한다. 포토레지스트 층은 용제를 증발시키기 위해 약 95℃에서 약 5분간 소프트 베이킹된다.

다음에는, 포토레지스트 층의 선택된 부분을 조사하여 포토레지스트 층(8)을 패터닝한다. 이 실시예에서, 조사 단계는 365 nm의 피크 파장 및 6.9 mW/cm²의 세기를 갖는 UV 광으로 3.5초간 노출하는 것이다. 조사 단계는 마스크 얼라이너의하드 콘택 모드에서 UV-크롬 포토마스크를 통해 실시된다. 다음에는 포토레지스트 층을 Microposit 351 CD 31현상기를 사용하여 1분간 현상하여 UV 광에 노출된 부분을 포토레지스트로부터 제거한다. 포토레지스트 층의 잔여 부분은 도 4d에 도시된 바와 같이 포토마스크 패턴의 포지티브 재생부를 형성한다. 그런 다음, 기판을 세척하여 노출된 포토레지스트를 완전히 제거한다. 이 작업은 예컨대 기판을 탈이온 수에 약 2분간 담가두는 것으로 이루어진다.

배향막(13)의 비마스크된 영역(9)에는 배향막(13)의 비마스크된 영역(9)에서 낮은 프리틸트 배향을 유발하기 위하여 추가적인 러빙 처리가 수행된다. 본 실시예에서, 이 러빙 처리는 회전수가 3krpm이고 파일 디포메이션이 0.3이고 순방향 속도가 20mm/s이고 원주가 158 mm인 롤러상의 러빙 천 YA-20-R로 배향막을 수회 러빙하는 것을 수반한다. 이런 제2 러빙 단계는 도 4b의 제1 러빙 단계와는 다른 러빙 방향을 따라 수행된다. (도 4e의 화살표는 제2 러빙 단계의 러빙 방향이 지면밖에 있는 것을 나타낸다. 이는 제2 러빙 처리가 배향막의 표면에 평행하지 않음을 나타내는 것은 아니다.)

제2 러빙 단계는 포토레지스트의 잔여 부분(8') 아래에 있는 배향막(13)의 부분에 영향을 미치지 않는다. 이러한 배향막의 부분은 도 4b의 제1 러빙 단계에서 정의되는 배향 방향을 유지한다.

본 실시예에서, 제2 러빙 단계는 도 4b의 제1 배향 단계의 러빙 방향과 90°인 방향을 따라 수행된다.

포토레지스트의 잔여 부분(8')은 예컨대 자외선광으로 전체 기판(1)을 조사함에 의하여 기판으로부터 제거된다. 본 실시예에서, 포토레지스트의 잔여 부분(8')은 5초의 지속시간을 갖는 비마스크 노광을 이용하여 365nm의 피크 파장과 6.9mV/cm²의 세기를 갖는 자외선광으로 제거된다. 이 조사 단계 다음에, Microposit 351 CD 31 현상기를 사용하여 4분가 현상한다. 그런 다음, 기판을 탈이온 수에 약 2분가 세척하여 포토레지스트를 완전히 제거하도록 한다. 이런 단계의 결과는, 도 4f에 도시된 바와 같이 패터닝된 배향막(3)이다. 이 배향막에는, 러빙 방향이 도 4e의 제2 러빙 단계에 의해 정의된 러빙 방향인 영역(9)과, 러빙 방향이 도 4b의 제1 배향 단계에서 정의된 러빙 방향인 영역(9')이 포함되어 있다.

도 3a에 따르는 액정 표시 소자는 도 4a 내지 도f의 방법에 의해 제공되는 2개의 기판들을 서로 대향해서 배치함으로써 형성된다. 기판들은, 제1 및 제2 러빙 처리에서 러빙된 상부 기판(1)의 배향막(3)중 일 영역(9)이 제1 및 제2 러빙 처리에서 러빙된 하부 기판(1')의 배향막(3')중 일 영역(9)에 대향하도록 배치되며, 그리고 제2 러빙 처리 동안 마스크되었던 상부 기판(1)의 배향막(3)중 일 영역(9')이 제2 러빙 처리 동안 마스크되었던 하부 기판(1')의 배향막(3')중 일 영역(9')에 대향하게 배치되도록 배치된다. 기판들은 6㎛ 셀 갭을 제공하도록 배치되며, 셀은 머크(Merck) 사에 의해 제조된 네마틱 액정 E7로 충전된다. 액정층에 어떠한 전계도 인가되지 않을 경우, 스플레이 상태가 안정한 상태인 평행 배향의 영역을 포함하는 액정층은 벤드 상태(도 3에서 42)가 안정한 상태인 반평행 배향의 영역에 의해 분리된다. 액정층에 인가되는 전압이 2.5V 보다 클 때, 벤드 상태는 반평행 배향의 영역으로부터 평행 배향의 영역으로 성장하여, 반평행 배향의 영역에 이전에 존재하는 스플레이 상태를 대체한다. 반평행 배향의 영역은 핵화 영역으로 작용하며, 평행 배향의 영역(이는 전술한 바와 같이 화상 표시 영역으로 작용함)에서 소정의 동작 상태의 형성을 촉진한다.

도 5a와 도 5b는 본 발명의 제2 실시예에 따르는 LCD를 도시한다. 본 실시예는 pi 셀에 관한 것이다. 도 5a는 본 실시예의 개략 사시도이며, 도 5b는 개략 단면도이다. 도 5a와 도 5b는 액정층에 전계가 인가되지 않을 경우의 LCD를 도시한다.

도 5a와 도 5b는 도 3a와 도 3b의 실시예와 유사한다. 도 5a와 도5b의 실시예에 있어서, 하부 배향막(3')의 제1 영역(20')에서 배향 방향의 방위각 성분은 영이 아니며 제1 방향(7')으로 연장되고, 하부 배향막(3')의 제2 영역(21')에서 배향 방향의 방위각 성분은 영이 아니고 제2 방향(41')으로 연장된다. 제1 방향(7') 및 제2 방향(41')은 서로 다르고, 각각은 하부 배향막(3')의 면상에 놓인다. 마찬가지로, 상부 배향막(3)의 배향 방향의 방위각 성분은 또한, 상부 배향막(3)의 영역에 대한 방향에서 일정하지 않으며, 상부 배향막(3)의 제1 영역(20)에서 상부 배향막(3)의 배향 방향의 방위각 성분은 영이 아니며 제3 방향(7)으로 연장되고, 상부 배향막(3)의 제2 영역(21)에서 상부 배향막(3)의 배향 방향의 방위각 성분은 영이 아니며 제4 방향(41)으로 연장된다. 제3 방향(7) 및 제4 방향(41)은 서로 다르며, 각각의 상부 배향막(3)의 면상에 놓인다. 상부 배향막(3)의 제1 및 제2 영역은 일반적으로 하부 배향막(3')의 제1 및 제2 영역 각각에 대향하게 배치된다. 상부 배향막(3)의 제1 영역(20) 및 하부 배향막(3')의 제1 영역(20')은 제1 액정 볼륨(22)을 정의하며, 상부 배향막(3)의 제2 영역(21) 및 하부 배향막(3')의 제2 영역(21')은 제2 액정 볼륨(23)을 정의한다.

도 5a와 도5b의 실시예에서, 상부 배향막(3)의 제2 영역의 배향 방향의 방위각 성분은 하부 배향막(3')의 제2 영역의 배향 방향의 방위각 성분에 180°의 각에 있지 않게 된다. 상부 배향막(3)의 제2 영역에서의 방위각 성분(방향 (41))과 하부 배향막(3')의 제2 영역에서의 방위각 성분(방향 (41')) 사이의 각은 도 5a에 도시된 바와 같이 180° 보다 작게 된다. 그 결과, 트위스트 각 Φ는 핵화 영역의 액정 분자에서 유발된다. 트위스트 각 Φ는 방향(41, 41')에 의해 결정되며, 트위스트 각 Φ와, 방향 (41)과 방향(41') 사이의 각의 합이 180°가 되도록 결정된다. (도 5a의 쇄선은 상부 배향막(3)으로의 방향(41')의 사영을 나타내며, 도 5a의 점선은 비교를 위해도 3a와 도3b의 실시예에서의 방향(41, 41')를 나타낸다.)

본 실시예에서, 트위스트 각 Φ의 크기는 90°보다 작다(즉, -90°< Φ< +90°). 본 실시예는, 카이럴 도펀트가 액정 재료로 하여금 이런 범위에서 트위스트 각을 취하는 것을 요구하지 않기 때문에, 아카이럴 액정 재료로 실현될 수 있다.

액티브 영역으로의 소정 동작 상태의 핵화를 보장하기 위하여, 영의 인가 전계하에서 핵화 영역에서의 안정한 액정 상태는 벤드 상태인 것을 요구한다. 더욱이, 핵화 영역에서의 벤드 상태는 제1과 제2 액정층 영역들(22, 23) 사이의 경계에서 액정층의 벌크내에 최대 디스토션을 생성하도록 하는 방향으로 배향되는 것이 바람직하다.

도 5c에 도시된 실시예에서, 핵화 영역의 트위스트 각 Φ은 약 40°이다. 그러나, 전술한 바와 같이 본 실시예에서의 트위스트 각은 -90°보다 크고 +90°보다 작다.

핵화 영역의 중심에서와 두께 방향에서 액정 분자의 디렉터(42)의 배향은 액티브 영역의 중심에서와 두께 방향에서 액정 분자의 디렉터(10)에 대하여 약 90°인 것이 바람직하다.

제2 실시예에 따르는 pi 셀이, 약 2.5V의 전압이 액정층에 인가될 경우 액티브 영역에서 벤드 상태를 발생시킴을 알 수 있다. pi 셀의 구조는 핵화 영역에서 상부 배향막과 하부 배향막의 배향 방향은 도 5a에 도시된 것을 제외하고는 도 4g를 참고로 전술한 pi 셀과 일반적으로 유사하다.

도 6a와 도 6b는 본 발명의 제3 실시예에 따르는 LCD를 도시한다. 본 실시예는 pi 셀과 관련된다. 도 6a는 본 실시예의 개략 사시도이며, 도 6b는 개략 단면도이다. 도 6a와 도 6b는 액정층에 전계가 인가되지 않을 경우의 LCD를 나타낸다.

도 6a와 도 6b의 실시예는 도 5a와 도5b의 실시예와 일반적으로 유사하며, 그 차이만을 이하 설명한다.

도 6a와 도6b의 실시예에서, 핵화 영역(23)에서 상부 배향막(3)의 배향 방향의 방위각 성분의 방향(41)은 핵화 영역에서 하부 배향막(3')의 배향 방향의 방위각 성분의 방향(41')에 대하여 180°가 아니므로, 트위스트 각 Φ은 도 5a와 도5b를 참고로 전술한 바와 유사한 방식으로 핵화 영역에서 액정 분자에 유발된다. 그러나, 도 6a와 도 6b의 실시예에서, 트위스트 각의 크기는 90°보다 크며 180°보다 작다. 액정 재료의 d/p 비에 요구되는 값을 최소화하기 위하여, 이 트위스트 각은 165°보다 작은 것이 바람직하다. 도 6a는 핵화 영역에서 약 100°의 트위스트 각 Φ을 나타낸다.

아카이럴 액정 재료가 본 실시예에서 사용된다면, 액정층에 전계가 인가되지 않을 경우, 스플레이 상태는 핵화 영역에서 안정한 상태로 될 것이다. 이를 방지하고, 영의 전계 인가시 핵화 영역에서 벤드 상태가 안정한 상태인 것을 보장하기 위하여, 본 실시예에서는 액정층이 카이럴 액정 재료를 포함한다. 용어 '카이럴 액정 재료'는 이하, 본래적으로 카이럴인 액정 재료를 포함하며, 또한, 본래적으로 아카이럴 액정 재료과 카이럴 도펀트 모두를 포함하는 액정 재료로 사용된다.

본 실시예에 따르는 액정 표시 소자의 일 예에서, 상부 배향막의 제2 영역의 배향 방향의 방위각 성분의 방향(41)과 하부 배향막(3')의 제2 영역(21)의 배향 방향의 방위각 성분의 방향(41')은 핵화 영역의 액정층에서 Φ≒ 100°의 트위스트 각을 유발하도록 설정된다. 핵화 영역내의 소정 방향에서 약 100°의 트위스트를 유지하기 위하여, 벤드 상태가 인가된 전계가 없는 경우에 안정한 상태가 되도록, 액정 재료 E7(머크사에 의해 생산됨)은 카이럴 도펀트 S811(머크사에 의해 생산됨)로 도핑되어 0.03 < d/p < 0.25를 만족하는 d/p 비를 얻게 된다. 약 0.06의 d/p 비(d = 6㎛, p = 97㎛)는 적당한 것으로 알려지며, 이는 액정 E7에서 중량이 0.09%의 농도로 카이럴 도펀트 S811을 사용할 것을 요구한다. 약 2.5V의 전압이 액정층에 인가되는 경우, 벤드 상태가 액티브 영역에서 핵화됨을 다시 알 수 있었다.

본 실시예에 사용되는 카이럴 액정 재료가 소정의 트위스트 각뿐만아니라 소정의 트위스트 방향을 유지할 수 있음에 유의해야 한다. 예컨대, 핸드대향형(opposite-handed) 카이럴 도펀트 R811이 카이럴 도펀트 S811 대신에 사용된다면, 벤드 상태는 핵화 영역에서 얻어지지 않는다. 오히려, 스플레이 상태는 액정층에 전압이 인가되지 않을 경우, 핵화 영역에서 안정한 상태가 된다.

도 7a와 도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따르는 LCD를 도시한다. 본 실시예는 pi 셀에 관련된다. 도 7a는 본 실시예의 개략 사시도이며, 도 7b는 본 실시예의 개략 단면도이다. 도 7a와 도 7b는 액정층에 전압이 인가되지 않을 경우의 LCD를 나타낸다.

기판(1, 1') 및 어드레스 전극(2, 2')은 간략화를 위해 도 7a와 도 7b에서 생략된다. 본 도는 단지 배향막(3, 3') 및 액정 분자를 도시한다.

본 실시예는 배향막들중 하나의 배향 방향의 방위각 성분의 방향을 패터닝함으로써 핵화 영역이 액정층에 정의된다는 점에서 전술한 실시예와 유사하다. 그러나, 본 실시예에서, 배향막만이 패터닝된 배향 방향에 제공되며, 다른 배향막은 핵화 영역과 액티브 영역 모두에서의 배향 방향의 동일한 방위각 성분을 가진다.

본 실시예에서, 하부 배향막(3')의 배향 방향의 방위각 성분은 제1 영역(20')에서 영이 아니며 제1 방향(7')을 따라 놓이고, 제2 방향(21')에서 영이 아니며 제1 방향과 다른 제2 방향(41')을 따리 놓인다. 제1 및 제2 방향은 하부 배향막(3')의 면에 놓인다. 하부 배향막(3')의 제2 영역(21')에서의 방향(41')과 하부 배향막의 제1 영역(20')에서의 방향(7') 사이의 각은 도면부호 30으로 나나낸다. 각(30)은, 각(30)이 180°와 동일하다면, 액정 재료가 ｜d/p｜ > 0.25 가 되도록 요구되기 때문에 180°보다 작아야 한다. 원칙적으로, 각(30)은 180°보다 작으며 효율적인 핵화를 제공하기 위해 액정 구조의 충분한 디스토션을 생성하는 임의의 값을 취한다. 실제로는, 각(30)이 80°보다 크게 작은 한 핵화가 일어나지 않음을 알 수 있다. 각(30)이 80°보다 크고 90°보다 작을 때, 핵화는 아카이럴 액정 재료와 카이럴 액정 재료 모두에서 관찰된다. 각(30)이 90°보다 크고 180°보다 작을 때, 핵화는 수학식 1을 만족하며 정확한 의미의 트위스트를 갖는 d/p 값을 갖는 카이럴 액정 재료에서 관찰된다.

상부 배향막(3)의 배향 방향의 방위각 성분은, 상부 및 하부 기판들을 조립하여 LCD를 형성하도록 구성되는 경우에, 하부 배향막(3')의 제1 영역(20')에 대향해서 배치되는 상부 배향막(3)의 일 영역의 배향 방향의 방위각 성분이 실질적으로 하부 배향막(3')의 제2 영역(21')에 대향해서 배치되는 상부 배향막(3)의 일 영역의 배향 방향의 방위각 성분과 동일하도록 정의된다. 이는 상부 배향막의 전체 영역에 걸쳐 균일한 배향을 상부 배향막(3)에 제공함으로써 이루어진다. 본 실시예에서, 상부 배향막(3)의 배향 방향의 방위각 성분은 상부 배향막 전체에 걸쳐 제3 방향(7)으로 연장되고 제3 방향(7)으로 연장된다.

상부 및 하부 기판들을 조립하여 본 실시예의 LCD를 형성하도록 구성되는 경우, 이들 기판들은 상부 배향막(3)의 배향 방향의 방위각 성분이 하부 배향막의 제1 영역(20')의 배향 방향의 방위각 성분과 평행하도록(즉, 제3 방향(7)이 제1 방향(7')과 평행하도록) 배열된다. 평행 배향은 따라서 하부 배향막(3')의 제1부분(20')에 의해 정의되는 액정층의 제1 볼륨(22)에 존재한다. 하부 배향막(3')의 제2 영역(21')에 의해 정의되는 액정층의 제2 볼륨(23)에서, 하부 배향막(3')의 배향 방향(방향(41'))의 방위각 성분이 상부 배향막의 배향 방향(방향(7))의 방위각 성분과 각(30)에 있기 때문에, 트위스트는 액정 재료에 유발된다.

하부 배향막의 제2 영역의 방향(41'), 트위스트 각(30)의 크기, 트위스트 각(30)의 방향 및 액정 재료는 벤드 상태가 제2 액정 볼륨(23)에서 안정한 액정 상태이도록 선택된다(액정층에 인가된 전압이 없을 때). 스플레이 상태는 제1 액정 볼륨(22)에서 안정한 액정 상태이다(액정층에 인가된 전압이 없을 때). 제1 액정 볼륨(22)과 제2 액정 볼륨(23) 사이의 경계는 도면부호 24로 나타낸다.

제1 액정 볼륨(22)은 도 3a와 도3b를 참고로 전술한 바와 같이 화상 스플레이 영역, 또는 액티브 영역으로 작용한다. 제2 액정 볼륨(23)은 또한, 도 3a와 도 3b를 참고하며 전술한 바와 같이, 핵화 영역으로 작용하며, 화상 표시 영역에서 벤드 상태를 형성하는데 필요한 전계를 감소시킨다.

본 실시예에 따르는 하나의 pi 셀에서, 액정 재료 E7을 포함하는 액정 재료는 머크사에 의해 제조된다. 이는 본래적인 아카이럴 액정 재료이므로, 액정층이 핵화 영역 내의 벤드 상태를 안정화하기 위해 카이럴 도펀트를 추가로 포함할 것을 요구한다. 본 실시예에서, 카이럴 도펀트 S811가 부가된다. 표 1은 트위스트 각(30)의 여러 값들에 대해 요구되는 d/p 비의 일 예를 제공한다. 벤드 각 Φ에 대한 최대 및 최소 d/p 값들은 아래 수학식을 사용하여 결정된다.

([Φ/360°] - 0.25) < Φ< ([Φ/360°] + 0.25)

러빙 방향에 의해 결정된 벤드 각(30)	상부기판으로부터 하부기판으로 볼 때트위스트의 방향	최소 d/p(S811)	최대 d/p(S811)	S811이 사용된 E.g d/p(d = 6㎛)	저전압에서의 핵화
85°	반시계 방향	-0.014	+0.486	0	예
90°	반시계 방향	0	+0.50	+0.05	예
100°	반시계 방향	+0.03	+0.53	+0.53	예
110°	반시계 방향	+0.06	+0.56	+0.56	예

상기 도 6a와 도 6b의 실시예에 있어서 카이럴 도펀트의 핸드가 중요함에 유의해야 한다. 핸디대향형 카이럴 도펀트, 예컨대 도펀트 R811이 카이럴 도펀트 S811 대신에 표 1에 설명된 예에서 사용된다면, 핵화 영역에서의 안정한 상태는 벤드 상태가 아니라 안정한 스플레이 상태가 된다.

이 실시예에 따른 pi 셀에서는, 활성 영역에서의 상부 배향막과 하부 배향막의 프리틸트 각은 약 8°이고, 활성 영역에서의 상부 배향막과 하부 배향막의 프리틸트 각은 약 10°이지만, 본 발명은 이들 특징의 프리틸트값에만 한정되는 것은 아니다.

원리적으로는, 이 실시예에서는 상기 표 1에서 표시된 트위스트 각보다 높은 트위스트 각을 포함할 수 있다. 그러나, 트위스트 각을 높게 하면, 핵화 영역에서 벤드 상태가 안정한 상태인 것을 보증하기 위해 d/p비를 증가시킬 필요가 있다. 이는 d/p비를 증가시키는 것은 표시 장치의 휘도를 감소시킬 수 있으므로 바람직하지 않다. 이 실시예에서는, 액정 재료의 d/p비는 액정 재료가 핵화 영역에서 상부 배향막(3)의 배향 방향(7)과 하부 배향막(3')의 배향 방향(41')으로 정의된 트위스트 각을 지원할 수 있는 최저값으로 유지시켜, 표시장치의 휘도에 악영향을 미치지않게 하는 것이 바람직하다.

이 실시예에서는, 하부 기판 상의 배향막(3')은 도 4a와 도 4b를 참조하며 전술한 바와 같이 제조될 수 있다. 상부 기판 상의 배향막은 통상의 피착처리 및 러빙 처리(예를 들어, 도 4a와 도 4b를 참조하여 기술된 것)에 의해 제조될 수 있다.

도 8a와 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LCD를 도시한 것이다. 이 실시예는 pi 셀에 관한 것이다. 도 8a는 이 실시예의 개략 사시도이고, 도 8b는 이 실시예의 개략 단면도이다. 도 8a와 도 8b는 액정층 양단 간에 전계가 인가되지 않은 경우의 LCD를 도시한다.

이 실시예의 LCD는 전체적으로는 도 7a와 도 7b의 실시예와 동일하다. 이 실시예의 LCD의 활성 영역에서, 상부 배향막과 하부 배향막(3, 3')은 이전 실시예에서와 같이 평행 배향을 갖는다. 이로써, 액정층 양단 간에 전계가 인가되지 않은 경우의 활성 영역에서는 스플레이 상태가 안정한 상태가 된다.

트위스트 각은 핵화 영역에서의 액정에서 정의되는데, 이는 핵화 영역에서 하부 배향막의 배향 방향의 방위각 성분의 방향(41')이 상부 배향막의 배향 방향의 방위각 성분의 방향(7)과 동일하지 않기 때문이다.

도 8a와 도 8b의 실시예에서, 하부 배향막(3')의 제2 영역(21)은 바람직하게는 작은프리틸트 각을, 보다 바람직하기로는 실질적으로 영의 프리틸트 각을 갖는다. 그러므로, 이 실시예에서는 액정 재료가 d/p > 0인 카이럴 액정 재료인 것이 필요하게 되어, 핵화 영역에서의 원하는 트위스트를 지원할 수 있다. 이 실시예에서 활성 영역에서의 두 배향막의 프리틸트 각은 약 7°이었지만, 활성 영역의 프리틸트는 통상의 pi 셀에서 사용되는 임의 값을 취할 수 있다.

도 9a와 도 9b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LCD를 도시한 것이다. 이 실시예는 pi 셀에 관한 것이다. 도 9a는 이 실시예에 따른 LCD의 개략 사시도이고, 도 9b는 이 실시예에 따른 LCD의 개략 단면도이다. 도 9a와 도 9b는 액정층 양단 간에 전계가 인가되지 않은 경우의 LCD를 도시한다.

도 9a와 도 9b의 실시예는, 한 기판 상의 배향막이 배향 방향의 균일한 방위각 성분을 갖는다는 점에서 전체적으로는 도 7a 내지 도 8b의 실시예와 동일하다. 다른 기판 상의 배향막은 배향 방향의 패턴화된 방위각 성분을 갖는다. 도 9a와 도 9b에서 도시된 실시예에서, 하부 기판 상의 배향막(3')(기판들과 어드레스 전극들은 도 9a와 도 9b에서 생략되어 있음)은 배향 방향의 패턴화된 방위각 성분을 갖는다. 하부 배향막(3')의 일 영역(20')에서 배향 방향의 방위각 성분은 영이 아니고 제1 방향(7')으로 연장하며, 제2 영역(21')에서 하부 배향막(3')의 배향 방향의 방위각 성분은 영이 아니고 제1 방향(7')과는 다른 제2 방향(41')으로 연장한다. 이 실시예에서, 방향(41')은 방향(7')에 대해 약 90°의 각을 이룬다. 상부 기판 상의 배향막(3)의 방위각 성분은 제3 배향으로 배향막 위로 연장한다.

상부 및 하부 기판을 조립하여 LCD를 형성할 때, 이들 기판은 상부 배향막(3)의 배향 배향의 방위각 성분이 하부 배향막(3')중의 일 영역의 배향 방향의 방위각 성분과 평행하지 않도록 조립된다. 하부 배향막(3')의 제1 영역(20')의 배향 방향(방향(7')임)의 방위각 성분은 상부 배향막(3)과 하부 배향막(3')의 제2영역(21')에서 점선으로 표시된다. 상부 배향막의 배향 방향의 방위각 성분의 방향(7)은 방향(7')을 따라 연장하는 하부 배향막(3')의 제1 영역(20')의 배향 방향의 방위각 성분에 대해 각 α를 이룬다. 이로써 하부 배향막(3')의 제1 영역(20')에 대응하는 제1 액정 볼륨(22)에서 트위스트 각 α가 유발된다. 각 α는 0° 내지 30°가 바람직한데, 이는 이 범위 내에서의 트위스트 각이 pi 셀의 성능에 결정적인 영향을 주지 않는 것으로 판명되었기 때문이다. 도 9a에는, 각 α는 약 20°인 것으로 도시되어 있다. 이 실시예에서는, α의 트위스트 각을 갖는 스플레이 상태가 액정층 양단 간에 전압이 인가되지 않을 경우의 액정 볼륨(22) 내에서의 안정한 상태이다.

트위스트 각은 또한, 하부 배향막(3')의 제2 영역(21')에 대응하는 제2 액정 볼륨(23) 내의 액정 분자들에서도 정의된다. 이 실시예에서, 이 트위스트 각은 약 α+ 90°와 동일한데, 이는 하부 배향막의 제2 영역(21')의 배향 방향(방향(41')으로 연장함)의 방위각 성분은 하부 배향막(3')의 제1 영역(20')의 배향 방향(방향(7')로 연장함)의 방위각 성분에 대해 실질적으로 90°를 이룬다. 제2 액정 볼륨(23)은 다시 핵화 영역으로서 기능하고, 제1 액정 볼륨(22)은 화상을 표시하기 위한 활성 영역으로서 기능한다.

이 실시예는 배향막의 배향 방향을 약 ±90°만큼만 변화시킬수 있는 일부 패터닝 기술의 한계를 극복한다. 도 8a와 도 8b에서 배향 방향이 영역들 간에서 90°만큼 변화하는 패턴화된 배향막을 사용하면, 액정층은 d/p비에 대해 제한된 범위의 값만을 채용할 수 있다. 도 9a와 도 9b의 실시예는 활성 영역 및 핵화 영역모두에서의 액정 분자에서 유발된 트위스트에 의해, d/p비에 대해 상이한 범위값을 갖는 액정 재료를 필요로 할 것이다.

또한, 이 실시예에서는, 핵화 영역에 대응하는 하부 배향막(3')의 영역은 영의 프리틸트 각을 가질 수 있다. 배향막 배향을 90°만큼 변화시키는 여러 기술에 의해, 배향 방향이 변화되는 배향막의 영역에서 프리틸트 각이 실질적으로 영이 된다. 따라서, 하부 배향막의 제2 영역(21')이 실질적으로 영의 프리틸트 각을 가지더라도, 이 실시예에서는 아카이럴 액정 재료를 사용할 수 있는데, 이는 배향막이 액정 재료에서 트위스트의 배향을 정의할 액정 재료에 초기 바이어스를 제공하기 때문이다.

일 실시예에서, 액정 재료는 활성 영역에서 α = 20°의 트위스트를 가졌으며, 핵화 영역에서 110°의 트위스트를 가졌다. 액정층은 액정 재료 E7 (Merck)을 함유하였으며, 이것을 약 0.1의 d/p비를 갖도록 도핑시켰다. 또한, 활성 영역에서 벤드 상태의 핵화를 유발시키기 위해서는 약 2.5V의 전압을 인가하면 충분한 것으로 판명되었다. 2.5V 이상의 전압을 인가하면 활성 영역에서 벤드 상태의 핵화가 보다 신속하게 일어난다.

도 10a와 도 10b에서는 본 발명의 다른 실시예에 따른 LCD를 도시한다. 이 실시예는 pi 셀에 관한 것이다. 도 10a는 이 실시예의 개략 사시도이고, 도 10b는 이 실시예의 개략 단면도이다. 도 10a와 도 10b는 액정층 양단 간에 전계가 인가되지 않을 경우의 LCD를 도시한 것이다.

이 실시예에서 상부 배향막과 하부 배향막 각각은 배향 방향의 상이한 방위각 성분의 영역을 제공하도록 패터닝된다. 하부 배향막(3')은 제1 영역(20')에서 영이 아니며 제1 방향(7')을 따라 연장하는 배향 방향의 방위각 성분과, 제2 영역(21')에서 다시 영이 아니며 제2 방향(41')을 따라 연장하는 방위각 성분을 갖는다. 제2 방향(41')은 제3 방향(7)에 대해 실질적으로 180°를 이루며, 이들 방향은 모두 하부 배향막의 평면에 놓이게 된다. 상부 배향막은 배향 방향의 방위각 성분이 제1 영역(20)에서 영이 아니며 제3 방향(7)을 따라 연장하고, 제2 영역(21)에서 배향 방향의 방위각 성분이 영이 아니며 제4 방향(41)을 따라 연장하도록 패터닝된다. 제1 방향(7) 및 제 4 방향(41)은 서로 다르며, 이들 각각은 하부 배향막의 평면에 놓이게 된다. 액정 디스플레이를 조립할 때, 기판들은 하부 배향막의 저1 영역(20')의 배향 방향의 방위각 성분이 상부 배향막(3)의 제1 영역(20)의 배향 방향의 방위각 성분과 평행하도록 구성된다. 따라서, 하부 및 상부 배향막의 제1 영역(20, 20')에서 정의된 제1 액정 볼륨(22)에서, 액정 재료는 평행 배향을 이루어, 액정층 양단 간에 전계가 인가되지 않을 경우, 스플레이 상태가 안정한 상태가 된다.

액정 장치를 조립할 때, 상부 기판(3)의 제2 영역(21)의 배향 방향의 방위각 성분은 하부 배향막(3')의 제2 영역(21')에서의 배향 방향의 방위각 성분에 대해 약 90°를 이룬다. 따라서, 하부 및 상부 배향막의 제2 영역(21', 21)에서 정의된 제2 액정 볼륨(23)의 액정 재료에서 약 90°의 트위스트 각이 유발된다. 제2 액정 볼륨 내에서 원하는 방향에서 90°의 트위스트를 지원하여, 벤드 상태가 인가 전압이 없는 경우에 제2 액정 볼륨에서의 안정 액정 상태가 되는 것을 보장하고(제2 액정 볼륨이 핵화 영역으로서 기능하는 것을 보장하기 위해서는, 이 실시예에서의 액정 재료를 카이럴 액정 재료로 할 필요가 있다. 일 실시예에서, 액정층은 액정 재료 E7을 포함하며, 또한, 원하는 트위스트 각을 안정시키는 카이럴 도펀트 S811(Merck)를 포함한다. 카이럴 도펀트는 d/p 비를 0.03 < d/p << 0.25 범위로 제공하는 농도로 사용하는 것이 바람직하다. 일 실시예에서는, d/p 비를 d/p = 0.06(d = 6㎛, p = 97㎛)으로 달성하기 위해 카이럴 도펀트 S811을 0.09%의 농도로 사용하였다.

또한, 활성 영역에서 벤드 상태의 핵화를 유발시키기 위해서는 액정층 양단 간에 약 2.5V의 전압을 인가하면 충분한 것으로 판명되었다.

상기 실시예에서, 본 발명은 하나의 활성 영역 및 하나의 핵화 영역을 포함하는 액정 표시 소자에 대해 기술하였다. 일반적으로, 액정 표시 소자는 서로 독립적으로 어드레스될 수 있는 복수의 화소를 포함한다. 본 발명을 화소형 소자에 적용할 경우, 각 화소는 각 화소에서 원하는 동작 상태의 효과적인 핵화를 보장하기 위해 개별적인 핵화 영역을 갖는 것이 바람직하다. 또한, 활성 영역은 둘 이상의 핵화 영역을 가질 수 있다. 역으로, 핵화 영역은 둘 이상의 활성 영역을 가질 수 있다.

상기 실시예에서, 활성 영역 및 핵화 영역은 실질적으로 동일한 영역을 갖는 것으로 도시되었다. 그러나, 일반적으로는 핵화 영역은 활성 영역보다 작은 영역을 가질 수 있다. 예를 들어, 활성 영역의 전형적인 크기는 80㎛ × 80㎛일 수 있는 반면, 핵화 영역은 10 내지 20㎛의 폭을 가질 수 있으며, 10㎛의 폭을 갖는 스트립 형태의 핵화 영역을 갖는 실시예에서 핵화가 관찰되었다. 핵화는 또한, 30㎛ × 30㎛ 형태의 핵화 영역을 갖는 실시예에서도 관찰되었다.

본 발명을 화소형 소자에 적용할 경우, 장치 기판 상으로의 화소의 핵화 영역의 사영이 그 화소의 활성 영역의 사영을 둘러싸는 것이 바람직할 수 있다. 이는 일단 벤드 상태가 활성 영역 전체를 통해 핵화되어지면, 액정층 양단간에 인가된 전계를 제거시켰을 경우에도 이 핵화 영역이 벤드 상태를 안정화시킨다는 이점을 갖는다.

다른 실시예에서, 화소에 대한 핵화는 그 화소의 활성 영역을 완전히 둘러싸지 않아도 된다. 도 11은 하나의 화소에 대응하는 핵화 영역이 그 화소의 활성 영역을 완전히 둘러싸지 않는 본 발명에 다른 LCD의 평면도이다. 도시된 바와 같이, 각 화소는 활성 영역(111)의 제1 경계 에지부(111a)가 활성 영역에 인접하는 제1 핵화 영역(121)에 의해 경계지어진다. 제2 핵화 영역(123)은 일반적으로 제1 핵화 영역(121)과 평행을 이룬다. 다른 핵화 영역(122, 122')이 제공되며, 이들은 제1 및 제2 핵화 영역(121, 123)과 일반적으로 수직을 이룬다. 다른 핵화 영역(122, 122') 각각은 인접하는 두 개의 활성 영역(111) 사이에서 연장한다. 다른 핵화 영역 각각은 제1 또는 제2 핵화 영역으로부터 연장된다. 두 개의 다른 핵화 영역이 인접하는 두 개의 활성 영역 사이에 제공되며, 제1 핵화 영역으로부터 연장하는 핵화 영역(122)의 말단부와 제2 핵화 영역으로부터 연장하는 대응하는 핵화 영역(122')의 말단부 사이에 갭(124)이 제공된다.

도 11의 실시예에서는, 상술된 본 발명에 따라 액정층에 각 핵화 영역(121,122, 122', 122', 123)이 형성된다. 도 11에는 각각의 핵화 영역이 독립적으로 도시되어 있지만, 이들은 원칙적으로는 서로 인접해 있을 수 있다. 핵화 영역의 구성은 도시된 것에만 한정되는 것이 아니라, 도 11의 하나 이상의 핵화 영역을 생략할 수 있다.

화소의 활성 영역이 핵화 영역에 의해 완전히 둘러싸여 있지 않은 핵화 영역의 구성은 다음과 같은 장점을 가지는데, 즉, 핵화 영역으로부터 활성 영역으로의 원하는 동작 상태의 핵화가 특정 화소에서 실패할 경우, 핵화 영역이 활성 영역을 완전히 둘러싸지 않음으로 인해, 동작 상태의 핵화가 성공적이었던 인접 화소로부터의 동작 상태의 성장이 가능하다. 이로써, 적정 전압이 인가된 후의 장치의 모든 화소에 동작 상태가 존재하게 된다.

일부 경우, LCD의 비표시부분 내에 핵화 영역을 위치시키는 것이 바람직할 수 있다. 예를 들어, 본 발명을 화소형 소자에 적용하면, 화소간 갭 내에 화소에 대한 핵화 영역을 위치시킬 수 있을 것이다. LCD의 표시부로부터 핵화 영역을 제거시키면 LCD의 개구율과 콘트라스트가 극대화되는데, 이는 핵화 영역을 제공하는 것이 장치의 표시부에 영향을 주지 않기 때문이다.

또는, LCD의 표시부분 내에 부분적으로, 또한, LCD의 비표시부분 내에 부분적으로 본 발명의 핵화 영역을 제공할 수 있다. 본 발명을 화소형 소자에 적용할 경우, 화소에 대한 핵화 영역은 그 화소의 표시부에 부분적으로 또한, 화소간 갭에 부분적으로 위치될 수 있다. 이는 장치의 표시부분 내의 핵화 영역의 일부가 어드레스 전극에 의해 생성된 전계에 영향을 받게 됨으로써, 장치의 활성 영역 내로의소망 액정 상태의 핵화를 촉진시킴에 있어 이점이 있다. 그러나, 장치의 표시부분 내에 핵화 영역의 일부가 위치되어지므로, LCD의 콘트라스트 및 개구율은 저하될 것이다.

또는, 핵화 영역은 LCD의 표시부분 내에 전체적으로 설치될 수 있다. 전술한 바와같이, 이는 핵화 영역이 어드레스 전극에 의해 생성된 전계에 영향을 받게 됨으로써, 소망 액정 상태의 핵화를 촉진시킴에 있어 이점이 있다. 그러나, 장치의 표시부분 내에 핵화 영역을 위치시키는 것은 LCD의 콘트라스트 및 개구율을 저하시킬 것이다. 이러한 악영향을 최소화시키기 위해, 핵화 영역의 면적은 가능한 작게 하여, 핵화 영역이 여전히 장치의 원하는 동작 상태의 핵화에 여전히 효과적으로 되도록 하게 할 필요가 있다.

본 발명은 액티브 매트릭스 LCD에 응용될 수 있다. 액티브 매트릭스 LCD에서, 기판 중 하나 상의 어드레스 전극을 패터닝하여 독립적으로 어드레스가능한 복수의 화소 전극을 형성한다. 이 기판은 '액티브 매트릭스 기판'이라 하는데, 스위칭 소자와, 선택된 화소 전극에 소망 전압을 인가하기 위한 관련된 커넥터들을 더 가지고 있다. 액티브 매트릭스 기판에서 자주 사용되는 스위칭 소자는 박막 트랜지스터(TFT)이다. TFT 기판은 본 출원과 동시에 계류중인 유럽 특허출원번호 01301063.2호에 개시되어 있으며, 이 출원은 본 발명의 참조를 위해 본 명세서의 일부로서 포함되는 것으로 한다.

TFT 기판은 일반적으로 각 화소마다, 화소 전극, TFT, TFT를 제어하기 위한게이트 전극, 및 전압을 공급하기 위한 신호 전극을 포함한다. 각 화소는 저장 캐패시터를 더 포함할 수 있다. 신호 전극은 TFT의 소스 전극에 접속되고 화소 전극은 TFT의 드레인 전극에 접속된다. TFT가 게이트 전극에 적정 전압을 인가함으로써 스위치 온되면, 신호 전극에 의해 공급된 전하는 화소 전극으로 이송되고, 저장 캐패시터가 제공된 경우에는 이 캐패시터로 이송된다.

본 발명은 TFT 기판에 응용될 수 있다. 본 발명을 TFT 기판에 응용할 경우, 예를 들어, 소스 전극, 게이트 전극, 및 저장 캐패시터(제공될 경우만) 부분 또는 그 위에 핵화 영역을 제공함으로써 핵화 영역이 제공될 수 있다.

본 발명은 투과형 LCD, 반사형 LCD, 또는 투과·반사형 LCD에 응용될 수 있다. 투과형 또는 투과·반사형 LCD인 경우, 상부 및 하부 기판(1, 1') 모두 투명하게 할 필요가 있다. 이들 기판은, 예를 들어, 유리 또는 적당한 플라스틱 재로로 만들어 질 수 있다.

반사형 LCD에서는, LCD에 반사판이 제공된다. 반사판의 위치에 따라, LCD의 기판 중 단지 하나만을 투명하게 할 필요가 있고, 다른 하나의 기판은 반사판을 지나 배치되어 불투명한 기판일 수 있다.

본 발명은 pi 셀에 대해 상술하였다. 본 발명은 pi 셀에만 한정되지 않고, 장치를 동작시키기 전에 원하는 액정 상태의 핵화를 필요로 하는 다른 LCD에도 적용가능하다. 특히, 본 발명은 SBD LCD, 또는 역도핑 트위스티드 네마틱 LCD에도 적용될 수 있다.

배향막의 배향 방향의 방위각 성분의 방향이 배향막의 면적에 따라 변화하는패터닝된 배향막을 갖는 기판을 임의 적합한 방법으로 제조할 수 있다. 본 발명은 도 4a 내지 도 4g를 참조하여 기술된 방법으로 제조된 액정 표시 소자에만 국한되는 것은 아니다.

일 예로서, 본 발명에 사용하기에 적합한 패터닝된 배향막은, 배향막의 배향 방향의 방위각 성분의 방향이 배향막의 선택된 영역을 조사시킴으로써 변화되는 적당한 광배향 기술을 이용하여 제조될 수 있다. 광배향 기술은 마스킹된 러빙 기술에 비해 높은 패터닝 해상도, 처리공정수 감소와 같은 여러 장점들을 갖는다. 또한, 비접촉 기술로서, 이 또한 이점이 있다.

패터닝된 배향막은 또한, 광배향 기술과 러빙 기술의 결합을 이용하여 제조될 수 있다. 예를 들어, 도 4b에서 도시된 바와 같이, 기판 상에 배향막을 피착시켜 전 영역에 걸쳐 균일한 러빙 처리를 행할 수 있다. 그러나, 제2 러빙 처리를 행하는 것 보다는, 러빙된 배향막을 적당한 마스크를 통해 자외선으로 조사함으로써 배향막의 선택된 영역의 배향 방향을 변화시키는 광배향 기술을 사용할 수 있다.

일부 공지된 광배향 기술을 이용하여 배향막의 배향 방향을 패터닝시킬 수 있지만, 조사 영역에서 매우 낮은 즉, 영의 프리틸트 배향막이 형성된다. 또한, 일부 공지된 광배향 기술은 배향막의 배향 방향을 초기 배향 방향에 수직인 방향에 있도록 변화시키도록만 되어 있다. 예를 들어, 이는 결합 파괴 광배향 처리의 경우이다. 이들 기술은 그러나, 도 8a와 도 8b 또는 도 9a와 도 9b에 따른 장치의 제조시에 사용될 수 있다.

패터닝된 배향 방향을 갖는 배향막의 다른 제조 방법은, 러빙 시에 일부 재료는 러빙 방향과 평행하게 배향하고 다른 재료는 러빙 방향과 수직으로 배향시키는 사실을 이용한다. 일 예로, 상이한 두 방식의 러빙 처리에 대해 반응하고 패터닝된 배향을 형성하기 위해 생성된 배향막을 균일하게 러빙하는 상이한 두 재료의 영역을 포함하는 복합 배향막을 준비할 수 있다. 일 예로, 예를 들어, 폴리이미드 배향막인 균일 배향막은 초기에는 기판 상에 배치될 수 있고, 이후 예를 들어, 폴리스틸렌인 다른 재료가 제1 배향막의 선택된 부분 상에 피착될 수 있다. 이 합성 배향막을 러빙할 경우, 폴리스틸렌은 러빙 방향과 수직으로 배향되고, 폴리이미드는 러빙 방향과 평행하게 배향될 수 있어, 두 개의 상이한 배향 방향의 영역을 갖는 배향막을 생성할 수 있다.

상기 방법에서는, 프린팅 기술을 이용하여 폴리스틸렌을 피착시킬 수 있다. 이는 균일한 배향막 상으로 폴리스틸렌 영역의 원하는 패턴을 인쇄하는 것을 가능케 해 준다.

폴리스틸렌을 러빙하면 프리틸트가 매우 작아져, 이와 같이 하여 패터닝된 배향막을 제조하면 특히 도 8a와 도 9a를 참조하여 기술된 장치에서 사용하기에 적당하다. 도 8a는 매우 작은 프리틸트 각을 갖는 패터닝된 배향막에 핵화 영역을 제공하는 LCD에 관련된다. 도 9a의 실시예는 매우 작은 프리틸트를 갖지만, 단지 배향 방향을 90° 변화시킬 수 있는 처리 기술에서 사용하기에 적합하다.

Claims (24)

1. 제1 기판, 제2 기판, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 배치된 액정층, 상기 제1 기판의 표면에 배치된 제1 배향막, 및 상기 제2 기판의 표면에 배치된 제2 배향막을 포함하는 액정 표시 소자로서,

   상기 제1 배향막의 배향 방향은 상기 제1 배향막의 제1 영역에서 제1 방위각 방향으로 영이 아닌 성분을 가지고 상기 제1 배향막의 제2 영역에서 제2 방위각 방향으로 영이 아닌 성분을 가지며, 상기 제1 방위각 방향은 상기 제2 방위각 방향과 서로 다르고, 이로써, 영의 인가 전계에서, 제1 액정 상태가 상기 제1 배향막의 상기 제1 영역에 의해 정의된 상기 액정층의 제1 볼륨내에서 안정되고, 상기 액정 표시 소자의 원하는 동작 상태와 토폴로지가 동등한 제2 액정 상태가 상기 제1 배향막의 상기 제2 영역에 의해 정의된 상기 액정층의 제2 볼륨내에서 안정되는

   것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
2. 제1항에 있어서,

   상기 제2 배향막의 배향 방향은 상기 제2 배향막의 제1 영역에서 제3 방위각 방향으로 영이 아닌 성분을 가지고 상기 제2 배향막의 제2 영역에서 상기 제3 방위각 방향과 다른 제4 방위각 방향으로 영이 아닌 성분을 가지는

   것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
3. 제2항에 있어서,

   상기 제1 배향막의 상기 제1 영역은 일반적으로 상기 제 2 배향막의 상기 제1 영역에 대향하여 배치되고, 상기 제1 방위각 방향은 상기 제3 방위각 방향과 실질적으로 평행한

   것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
4. 제2항에 있어서,

   상기 제1 배향막의 상기 제2 영역은 일반적으로 상기 제 2 배향막의 상기 제2 영역에 대향하여 배치되고, 상기 제2 방위각 방향은 상기 제4 방위각 방향과 실질적으로 반평행한

   것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
5. 제1항에 있어서,

   상기 제1 배향막의 상기 제1 영역에서의 방위각 성분은 상기 제1 배향막의 상기 제2 영역에서의 방위각 성분에 대해 실직적으로 90°인

   것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
6. 제2항에 있어서,

   상기 제1 배향막의 상기 제2 영역은 일반적으로 상기 제 2 배향막의 상기 제2 영역에 대향하여 배치되고, 상기 제2 및 제4 방위각 방향은 상기 제2 액정 볼륨내에서 액정 트위스트 각 φ를 유기하도록 선택되는

   것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
7. 제6항에 있어서,

   │φ│< 90˚인

   것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
8. 제7항에 있어서,

   상기 액정층은 아카이럴 액정 재료의 층인

   것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
9. 제6항에 있어서,

   90˚≤│φ│< 165˚인

   것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
10. 제9항에 있어서,

    상기 액정층은 카이럴 액정 재료의 층인

    것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
11. 제1항에 있어서,

    상기 제1 배향막의 제1 영역에 대향하여 배치된 상기 제2 배향막의 영역의 상기 배향 방향의 상기 방위각 성분은 상기 제1 배향막의 상기 제2 영역에 대향하여 배치된 상기 제2 배향막의 영역의 상기 배향 방향의 상기 방위각 성분에 대해 실질적으로 동일한

    것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
12. 제11항에 있어서,

    상기 제1 배향막의 제2 영역에 대향하여 배치된 상기 제2 배향막의 상기 영역의 상기 배향 방향의 상기 방위각 성분은 상기 제1 배향막의 상기 제2 영역의 상기 배향 방향의 상기 방위각 성분과 평행하지 아니한

    것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
13. 제12항에 있어서,

    상기 제1 배향막의 제2 영역에 대향하여 배치된 상기 제2 배향막의 상기 영역의 상기 배향 방향의 상기 방위각 성분은 상기 제1 배향막의 상기 제2 영역의 상기 배향 방향의 상기 방위각 성분에 대해 실질적으로 90°인

    것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
14. 제13항에 있어서,

    상기 제1 배향막의 제2 영역의 프리틸트 각은 실질적으로 영인

    것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
15. 제14항에 있어서,

    상기 액정층은 아카이럴 액정 재료의 층인

    것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
16. 제12항에 있어서,

    상기 제1 배향막의 제1 영역에 대향하여 배치된 상기 제2 배향막의 상기 영역의 상기 배향 방향의 상기 방위각 성분은 상기 제1 배향막의 제1 영역의 상기 배향 방향의 상기 방위각 성분과 평행하지 아니한

    것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
17. 제11항에 있어서,

    상기 제1 배향막의 제1 영역의 상기 배향 방향의 상기 방위각 성분은 상기 제1 배향막의 제2 영역의 상기 배향 방향의 상기 방위각 성분에 대해 실질적으로 90°인

    것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
18. 제1항에 있어서,

    상기 액정 표시 소자는 복수의 화소를 포함하고, 상기 액정층의 제1 볼륨과상기 액정층의 제2 볼륨은 상기 화소에 제공되어 있는

    것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
19. 제18항에 있어서,

    상기 액정층의 제2 볼륨은 상기 액정 표시 소자의 비표시 부분에 적어도 부분적으로 제공되어 있는

    것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
20. 제19항에 있어서,

    상기 액정층의 제2 볼륨은 상기 액정 표시 소자의 비표시 부분에 전볼륨으로 제공되어 있는

    것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
21. 제1항에 있어서,

    상기 제2 액정 볼륨의 상기 기판 중 선택된 하나 상에의 사영은 상기 제1 액정 볼륨의 상기 기판 중 상기 선택된 하나 상에 사영을 둘러싸는

    것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
22. 제1항에 있어서,

    상기 액정 표시 소자는 pi 셀인

    것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
23. 제1항에 있어서,

    상기 액정 표시 소자는 SBD 액정 표시 소자인

    것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.
24. 제1항에 있어서,

    상기 액정 표시 소자는 역도핑 트위스티드 네마틱 액정 표시 소자인

    것을 특징으로 하는 액정 표시 소자.