KR100259474B1 - 하이브리드배열을 갖는 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 액정표시장치는 일정의 간격으로 평행하게 대향배치된 한쌍의 기판과, 전기 한쌍의 기판사이에 협지된 액정분자를 포함하는 액정층과, 전기 한쌍의 기판의 상호에 대향하는 표면상에 각각 형성되고, 화소단위로 전기 액정층에 전계를 인가하는 전극과, 전기 한쌍의 기판중 일방의 기판의 전기 대향하는 표면상에 전기 전극을 덮도록 형성되며, 기판면에 대하여 거의 수직방향으로 액정분자를 배향시키는 제1의 배향막과, 전기 한쌍의 기판중 타방의 기판의 전기 대향하는 표면상에 전기 전극을 덮도록 형성된 제2의 배향막으로서 기판면에 대하여 거의 평행방향으로 액정분자를 배향시키고 또한 프리 틸트를 부여함과 동시에 그 제2의 배향막의 표면상의 전기 각 화소에 대응하는 영역이 복수의 도메인으로 분할되고 각 도메인은 단일의 기판면내 배향방향을 가지며, 화소내의 적어도 2개의 도메인은 기판면내 배향방향을 다르게 하는 전기 제2배향막을 갖는 것을 특징으로 한다.

Description

하이브리드배열을 갖는 액정표시장치

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액정분자가 하이브리드배열구조를 갖는 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치는 액정의 특정한 분자배열을 전계 등의 외부에서의 작용에 의해 별개의 다른 분자배열로 상태변화시켜 그 사이의 광학적 특성의 변화를 시각적인 변화로 하여 표시에 이용하고 있다.

액정분자를 어느 특정의 배열상태로 하기 위해서는 액정을 사이에 끼우는 유리기판의 표면에 배향처리를 행하는 것이 보통이다. 종래의 트위스트 네마틱(twist nematic, TN)형 액정표시장치등에서는 배향처리방법으로서 액정을 사이에 끼우는 유리기판을 면포와 같은 것으로 일방향으로 문지르는 즉 러빙법이 채용되고 있다.

기판사이에서 90도 트위스트하는 TN 형 액정표시장치를 만드는 경우는 러빙의 방향을 상하의 기판사이에서 서로 직교시킨다.

도 13에 도시된 바와 같이 배향막(100)에 러빙처리를 행하면 배향막(100)상의 액정분자(101)에는 프리 틸트각θt의 프리 틸트가 부여된다. 본 명세서에 있어서 액정분자(101)의 기판측의 단부에서 떠오르는 측의 단부를 향하는 벡터(102)를 기판상에 수직투영한 벡터(103)으로 표시하는 방향을 기판면내 배향방향이라 한다. 그리고 기판면과 벡타(102)사이의 각을 프리 틸트각이라 한다.

액정분자의 기판면내 배향방향은 화살표(104)로 표시한 러빙방향과 거의 평행하게 된다. 따라서 러빙방향이 단일의 경우에는 배향막상의 액정분자는 단일의 기판면내 배향방향을 갖는다.

TN형 액정표시장치에 전압이 인가되면 액정분자는 프리 틸트에 의해 떠오르고 있는 측의 단부를 떠오르는 방향으로 틸트한다. 액정분자의 기판면내 배향방향이 단일의 경우에, 액정분자의 떠오르는 방향이 일치한다.

따라서 종래의 TN형 액정표시장치의 시각특성을 측정하면 콘트라스트가 높은 시각영역이 특정의 각도영역으로 치우치게 된다. 즉 어느 방향으로 부터는 보기 쉬우나 다른 방향으로는 보기 어려운 그런 시각의존성을 갖게 된다. 이와 같은 시각의존성을 갖는 TN형 액정표시장치에서는 표시화면에 대하여 어느 각도에서 콘트라스트가 극히 저하하고, 심한 경우에는 표시의 명암이 반전하여 버린다. 특히 중간 조(調, tone)에 있어서는 표시의 반전이 발생하기 쉬웠다.

본 발명의 목적은 양호한 시각특성을 갖는 액정표시장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 한 특징에 따르면 일정의 간격으로 평행하게 대향배치된 한쌍의 기판과, 전기 한쌍의 기판사이에 협지된 액정분자를 포함하는 액정층과, 전기 한쌍의 기판의 상호에 대향하는 표면상에 각각 형성되고, 화소단위로 전기 액정층에 전계를 인가하는 전극과, 전기 한쌍의 기판중 일방의 기판의 전기 대향하는 표면상에 전기 전극을 덮도록 형성되며, 기판면에 대하여 거의 수직방향으로 액정분자를 배향시키는 제1의 배향막과, 전기 한쌍의 기판중 타방의 기판의 전기 대향하는 표면상에 전기 전극을 덮도록 형성된 제2의 배향막으로서 기판면에 대하여 거의 평행방향으로 액정분자를 배향시킴과 동시에 그 제2의 배향막의 표면상의 전기 각 화소에 대응하는 영역이 복수의 도메인으로 분할되고 각 도메인은 단일의 기판면내 배향방향 및 프리 틸트를 액정분자에 부여하고 화소내의 적어도 2개의 도메인은 액정분자에 기판면내 배향방향을 다르게 하는 전기 제2의 배향막을 갖는 액정표시장치가 제공된다.

제2의 배향막은 화소마다 복수의 기판면내 배향방향을 가지므로 시각의존성을 작게 할수 있다. 또한 액정분자의 배열이 일방의 기판면상에서 거의 수직이고, 타방의 기판면상에서는 거의 기판면에 평행인 배열구조를 가지므로 액정셀에 전압이 인가되어 있지 않은 상태에서 액정셀중앙의 분자에 미리 경사각을 부여할수 있다. 인가전압에 대하여 쓰레스홀드값특성을 갖지 않고 액정분자에 유전변화에 의한 경사각을 발생시킬수 있다.

화소마다 상당히 다른 기판면내 배향방향을 갖는 복수의 도메인을 형성한 하이브리드배열형 액정표시장치는 종래의 TN형 액정표시장치에 비교하여 반응속도가 빠르고 또한 시각의존성이 작다.

도1a,1b는 본 발명의 실시예1에서 액정셀의 제조공정을 나타내는 기판의 단면도이다.

도2a 내지 도2d는 본 발명의 실시예1에서 배향처리방법을 나타내는 기판의 사시도이다.

도3a,3b는 본 발명의 실시예1에서 액정셀의 제조공정을 나타내는 액정셀의 단면도이다.

도4는 본 발명의 실시예1에서 액정표시장치의 구성을 나타내는 사시도,

도5a,5b는 본 발명의 실시예1의 액정표시장치에서 전기광학특성과 시각(視角)특성을 갖는 그래프이다.

도6a∼도6j는 본 발명의 실시예1에서 화소영역에 형성하는 배향패턴의 예를 나타내는 화소영역의 평면도이다.

도7은 실시예2에서 액정표시장치의 구성을 나타내는 사시도이다.

도8a,8b는 본 발명의 실시예2의 액정표시장치에서 전기광학특성과 시각특성을 나타내는 그래프이다.

도9a,9b는 본 발명의 실시예3의 액정표시장치에서 전기광학특성과 시각특성을 갖는 그래프이다.

도10은 본 발명의 실시예4에서 액정표시장치의 구성을 나타내는 사시도이다.

도11a,11b는 본 발명의 실시예4의 액정표시장치에서 전기광학특성과 시각특성을 갖는 그래프이다.

도12는 본 발명의 실시예5에서 액정표시장치의 구성을 나타내는 사시도이다.

도13은 러빙처리에 의해 프리 틸트(pre-tilt)를 부여한 액정분자의 개략도이다.

도14는 하이브리드배열형 액정표시장치의 액정셀의 단면도이다.

도15a,15b는 하이브리드배열형 액정표시장치의 오프상태와 온상태에서 액정분자의 배열상태를 나타내는 액정셀의 단면도이다.

도16a,16b는 TN형 액정표시장치 및 하이브리드형 액정표시장치에서 인가전압에 대한 액정분자의 경사각의 변화를 나타내는 그래프이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

110, 120, 30, 24a, 24b, 40, 101 : 액정분자

111a, 111b, 121a, 121b, 11a, 11b : 기판

112a, 112b, 12a, 12b : 전극

113a, 113b, 13a, 13b, 100 : 배향막

41 : 액정셀

42a, 42b : 편광판

43a, 43b, 103 : 액정분자의 기판면내 배향방향

44, 45 : 편광축

22a, 22b : 포토마스크

20, 21, 23 :조사광

46, 48, 49, 52 : 리타데이션판

47, 50, 51 : 광축방향

104 : 러빙방향

이하 본 발명을 첨부도면을 참조하여 보다 상세히 설명하기로 한다.

도14는 하이브리드배열형 액정표시장치의 액정셀의 단면도이다.

일방의 기판(111a)상에 전극(112a)이 형성되고, 그 위에 배향막(113a)이 형성되어 있다. 배향막(113a)은 그것에 접하는 액정분자(110)를 기판면에 대하여 거의 수직방향으로 배향시킨다.

전극(112b)과 쌍을 이루는 타방의 기판(111b)위의 배향막(113b)은 액정분자(110)를 기판면에 대하여 거의 평행으로 배향시킨다. 따라서 도면에 도시한 바와 같이 상하의 기판에 협지된 액정분자는 배향막(113a)의 표면상의 수직배향상태에서 배향막(113b)의 표면상의 평행배향상태로 연속적으로 변화한다.

하이브리드배열형 액정표시장치는 호메오트로픽배열(homeotropic alignment)형 액정표시장치등과 마찬가지로 인가전압에 대한 액정분자의 기판법선방향으로 부터의 경사각의 변화에 의한 복굴절율의 변화를 표시에 이용한다.

하이브리드배열형 액정표시장치에 있어서도 종래의 TN형 액정표시장치의 경우와 마찬가지로 시각의존성의 문제가 존재한다. 기판면에 평행의 배향상태를 액정분자에 부여하는 기판상의 배향막에는 러빙처리를 행하는 것이 일반적이다. 이 경우에, 러빙은 일방향으로 행해지므로 액정분자에 부여되는 기판면내 배향방향이 모두 단일방향으로 일치하여 버리기 때문이다.

이하, 하이브리드배열형 액정표시장치에 있어서, 보다 양호한 시각특성을 얻기 위한 새로운 장치구성과 그 제조방법의 실시예에 대하여 설명한다.

도1a에서 도5를 참조하여 실시예1의 하이브리드배열형 액정표시장치에 대하여 설명한다.

우선, 도1a에서 도3b를 참조하여 액정셀의 제조방법에 대하여 설명한다. 도1a, 도1b에 도시한 바와 같이 유리기판(11a)(11b)의 표면상에 단순매트릭스형 전극을 형성하기 위한 라인상의 전극(12a)(12b)를 각각 형성했다. 도1a는 전극(12a)가 도면의 횡방향으로 연재하는 경우를 나타내고, 도1b는 전극(12b)가 지면(紙面)에 수직한 방향으로 연재하는 경우를 나타내고 있다.

구동소자를 포함한 액티브 매트릭스형 전극을 형성하여도 좋다. 그 경우는 일방의 기판에 TFT(thin film transistor)나 MIM(metal insulator metal) 등의 소자에 접속된 전극을 화소마다에 형성하고 타방의 기판면에는 면상 또는 라인상의 전극을 형성한다.

전극재료로서는 예를 들면 ITO(indium tin oxide)등의 투명전극을 이용한다.

도1a에 도시된 바와 같이 기판(11a)의 표면상에 전극(12a)을 덮도록, 액정분자를 기판면에 대하여 수직으로 배향시키는 배향막(13a)을 형성했다. 이 배향막(13a)은 수직배향형 폴리이미드(닛산화학공업사제품 RN-722)를 약 500Å의 두께가 되도록 회전도포하여 그 후 180℃에서 약 1시간동안 건조시켜 형성했다. 여기서 사용한 배향막재료이외에도 염기성 크롬배합체를 포함하는 수직배향제등, 액정분자를 기판면에 대하여 수직배향시키는 다른 배향막재료를 이용하여도 좋다.

도1b에 도시한 바와 같이 전극(12b)이 형성된 기판(11b)의 표면상에, 일정의 프리 틸트와 기판면내 배향방향을 액정분자에 부여하는 배향막(13b)을 형성했다. 배향막(13b)으로서 감광성 고분자막을 이용하고 광조사방법에 의해 배향처리를 행했다.

이하, 도2a∼도2d를 참조하여 광조사방법에 대하여 설명한다. 도2a∼도2d에 도시한 기판은 전체의 기판중 1화소영역분을 취출한 것이다.

감광성 고분자막은 광을 조사하면 어떠한 구조변화를 생기게 하는 재료이고 소위 광편광기억막도 그 중에 포함된다. 편광된 광을 흡수하면 흡수광의 편광방향과 직교하는 방향으로 액정분자를 배향시키는 타입의 막이나 흡수광의 편광방향으로 평행하게 액정분자를 배향시키는 타입의 막이다. 어느 것을 이용하여도 좋으나, 실시예에서는 흡수광의 편광방향에 직교하는 방향으로 액정분자를 배향시키는 폴리비닐 신나메이트(polyvinyl cinnamate)막을 이용하였다.

도2a에 도시한 바와 같이, 모노클로벤젠과 디클로메탄의 혼합용제에 용해시킨 폴리비닐 신나메이트용액을 스피너를 이용하여 전극을 구비한 기판(11b)상에 회전도포했다. 약 100℃에서 1시간동안 건조시켜, 막두께 약 100 ㎚의 폴리비닐 신나메이트막(배향막, 13b)을 형성했다. 도면에서는 전극을 생략했다.

이 폴리비닐 신나메이트막의 표면에 250 ㎚∼330 ㎚의 파장대역을 갖는 편광한 자외광을 조사했다.

도2a에 도시한 바와 같이, 기판면내의 횡방향을 x축, 두께방향을 y축, 기판법선방향을 z축으로 한 경우, y-z면내 방향으로 편광한 조사광(20)을 +z축 방향에서 기판전면에 대하여 약 50초동안 조사했다. 폴리비닐 신나메이트막(13b)에는 액정분자를 x축 방향으로 배향시키는 배향성이 부여되었다.

도2b에 도시한 바와 같이, 각 화소마다에 폴리비닐 신나메이트막(13b)의 표면중 절반의 영역을 포토마스크(22a)로 차광했다. 조사광(20)의 편광방향에 대하여 직교하는 편광방향, 즉 x-z면내의 편광방향을 갖는 조사광(21)을 배향막면에 대하여 입사각θi으로, -x축 방향을 향하여 경사지게 조사했다.

도2c는에 도시한 바와 같이, 포토마스크(22a)를 제거하고 대신에 먼저 자외광이 조사된 영역을 차광하는 포토마스크(22b)를 형성했다. x-z면내의 편광방향을 갖는 조사광(23)을 배향막면에 대하여 입사각θi으로, 조사광(21)과는 역측의 + x방향을 향하여 경사지게 조사했다.

그 후 포토마스크(22b)를 제거했다. 조사광(21)(23)의 광축벡터(광축에 평행하고, 또한 광의 전달방향을 향하는 벡터)를 각각 기판면에 투영한 벡터는 서로 180도 다른 관계에 있다.

도2d에 도시한 바와 같이, 배향막(13b)의 1화소영역중, 조사광(20)과 조사광(21)이 조사된 도면에서 우반부분의 영역에는 조사광(21)의 입사각θi의 크기에 의존한 프리 틸트각δ을 갖고, +x축 방향을 향하는 기판면내 배향방향이 부여되었다. 한편, 조사광(20)(23)이 조사된 도면에서 좌반부분의 영역에는 조사광(23)의 입사각θi의 크기에 의존한 프리 틸트각δ를 갖고, -x축 방향을 향하는 기판면내 배향방향이 부여되었다. 폴리비닐 신나메이트막의 각 화소마다에 서로 기판면내 배향방향이 180도 다른 2종의 배향영역이 형성되었다. 그리고 부여된 기판면내 배향방향은 화소마다에 따로 따로 흩어지는 방향이 아니고 모든 화소에 있어서 대응하는 배향영역의 기판면내 배향방향은 동일 방향을 향하게 된다.

이하, 단일방향의 기판면내 배향방향이 부여된 배향영역을 도메인이라 한다.

그리고 배향막(13b)로서 상기 감광성 고분자막이외에도 러빙에 의한 배향처리를 행하는 폴리이미드막, 폴리비닐 신나메이트막, 폴리프롤막 등을 이용하여도 좋다. 이 경우에, 일화소영역에 기판면내 배향방향이 서로 180도 다른 2종의 도메인을 형성하는데에는 레지스트마스크등으로 화소영역의 반분의 영역을 덮은 상태에서 기판상을 일방향으로 러빙한다. 그 후에 레지스트마스크를 각리하고 노출하고 있는 반분의 영역을 레지스트마스크로 덮고 기판상을 먼저의 것과 반대의 방향으로 러빙을 행하면 좋다.

또한, 그 다른 것에도 프리 틸트를 갖고, 또한 액정분자의 디렉터(director)를 기판면에 거의 평행하게 하는(엄밀히 말하면 평행방향에 가까운 틸트된 배향으로 한다) 각종의 배향막이나 배향제어방법을 이용할수 있다. 그 외에 화소영역마다의 전극에 형성된 슬릿트에서 발생된 프린지(fringe)전계에 의해 액정분자의 배향을 제어하는 방법등도 사용할수 있을 것이다.

광조사방법에 의한 배향처리는 기판표면에 러빙에 따르는 정전기를 발생시키지 않기 위하여 정전파괴하기 쉬운 능동소자를 기판상에 형성하는 경우에 유효하다.

도3a에 도시한 바와 같이 기판(11a)(11b)를 배향막을 내측으로 하여 약 10㎛의 갭으로 접합시켜 셀을 제작했다. 가열하여, 아이소트로픽 상(相)상태로 한 네마틱액정재료(30)(일본국메크사제품 ZLI-2293)을 진공주입법 등을 이용하여 셀내에 주입했다. 도면에서 배향막(13b)에 도시한 화살표는, 기판면내 배향방향을 나타낸다.

도3b에 도시한 바와 같이, 그 후 서서히 액정셀전체를 냉각하고 아이소트로픽 상태의 액정재료를 네마틱상 상태로 상(相)전환시켰다. 또한 네마틱상 상태에서 주입한후 가열하여 아이소트로픽 상태로 하여 그 후에 냉각하여도 좋다.

셀중의 액정분자(30)는 상하 각각의 배향막(13a)(13b)의 배향성에 따라 하이브리드배열구조를 성형한다. 상하의 전극(12a)(12b)에 의해서 정해지는 화소영역마다에 액정분자의 기판면내 배향방향이 서로 180도 다른 2종류의 도메인을 갖는 액정셀이 제작되었다.

도4는 실시예1의 액정표시장치의 구성을 개략적으로 나타내는 사시도이다. 도4에 도시한 바와 같이, 액정셀(41)의 양측에 편광판(42a)(42b)을 각각의 편광판의 편광축(45)과 편광축(44)이 서로 직교하도록 배치했다.

여기서 화살표(43a)(43b)는 액정분자(40)의 2종의 기판면내 배향방향을 나타낸다. 화살표(43a)와 각 편광판의 편광축(44)(45)이 이루는 각도β가 약 45도가 되도록 설치했다. 이때 액정표시장치의 최대투과율을 가장 크게 할수 있다.

도5a는 상술한 방법에 따라서 제작한 실시예1에 따른 액정표시장치의 전기광학성특성을 도시하는 그래프이다. 횡축에 상하의 전극에 걸리는 인가전압, 종축에 액정표시장치의 화면정면에서 측정한 투과율을 나타낸다. 투과율이 최소로 되는 0.6볼트 인가시와, 투과율이 최대가 되는 1.8볼트 인가시를 각각 암(暗)상태, 명(明)상태로 한 때의 투과율의 비(콘트라스트비)는 약 9 였다.

도5b는 실시예1의 액정표시장치의 시각특성을 나타내는 그래프이다. 액정표시화면상의 어느 위치를 그래프의 중심으로 하고, 관측점의 좌표를 방위각(0°∼360°)과 극각(0°∼50°)로 나타내고 있다. 그래프중에 그려진 곡선은 등콘트라스트곡선이다. 각 곡선상에 써 있는 수치는 각 곡선이 나타내는 콘트라스트비(1, 2, 4, 8)이다.

이 그래프의 상하방향은 액정분자의 기판면내 배향방향과 일치한다. 종래의 하이브리드배열형 액정표시장치와 비교하여 실시예1에 나타난 하이브리드배열형 액정표시장치의 시각의존성은 작게 되어 있고, 특히 시각이 좁은 방향이 존재하지 않는다. 또한 종래의 TN형 액정표시장치와 비교하여 특히 중간조표시에 있어서 표시의 반전이 생기지 않는 영역이 확대되었다. 또한 경사방향에서 볼 때의 색조의 변화가 작게 되었다.

또한 상술의 실시예1에 있어서 이용한 하이브리드배열형 액정표시장치는 종래의 TN형 액정표시장치와 비교하여 응답속도가 빠르다는 특징도 겸하여 구비하고 있다. 도15a 및 도15b는 각각 하이브리드배열형 액정표시장치에서의 오프상태와 온상태에 있어서 기판(121a)(121b)사이의 액정분자(120)의 배열상태를 나타낸다. 또한 여기서는 정(正)의 유전이방성을 갖는 네마틱 액정분자를 사용한 경우에 대해서 도시하고 있다. 온상태, 즉 액정셀사이에 전계 E 를 인가한 온 상태에서의 액정셀중앙의 액정분자의 경사각도θ, 즉 기판법선축과 액정분자의 디렉터가 이루는 각도는 초기(오프상태)의 탄성변형에 의한 각도θo와 인가전압에 의한 각도ψ의 차로 나타나는 것으로 된다.

도16a는 통상의 TN형 액정표시장치에서 인가전압 V 와 액정셀중앙의 액정분자의 세워지는 각도θu(초기의 액정분자의 디렉터와 전압인가시의 액정분자의 디렉터가 이루는 각도)의 관계를 나타낸다. 도16a에 도시한 바와 같이 어느 쓰레스홀드값전압(Vo)을 넘지 않으면 액정분자의 세워지는 각도θu는 거의 변화하지 않는다.

이에 대하여 하이브리드배열형 액정표시장치에서 인가전압 V 와 액정셀중앙의 액정분자의 경사각θ의 관계를 도16b에 도시한다. 전압무인가시(오프상태)에서, 이미 탄성변형에 의한 각도θo가 존재하고 있기 때문에 쓰레스홀드값전압을 거의 갖지 않고 인가전압V의 증가에 따라서 경사각도θ가 연속적으로 변화한다. 이 때문에 하이브리드배열형 액정표시장치에서는 극히 낮은 인가전압으로 온오프의 스위칭을 할수 있다.

액정표시장치의 응답속도(스위칭속도)는 액정분자의 응답속도에 의존한다. 상하의 기판사이에 전계를 가하면 액정분자에 토르크가 각 액정분자에 전달된다. 토르크가 크게 되면 액정분자의 응답속도는 빠르게 된다. 이 토르크의 크기는 전계와 액정분자의 각도가 45도일 때 최대로 되고, 90도 또는 0도일 때 최소가 된다. TN형 액정표시장치에서는 쓰레스홀드부근에서 모든 액정분자가 기판사이에 대하여 거의 평행이고, 전계와 액정분자가 이루는 각은 약 90도이다. 한편, 하이브리드배열형 액정표시장치에서는 기판표면부근의 전계와 액정분자가 이루는 각은 거의 0도 또는 거의 90도이나, 액정셀중앙의 액정분자에 전달되는 토르크가 크므로 액정분자의 응답속도가 빠르다. 따라서 종래의 TN형 액정표시장치와 비교하여 하이브리드배열형 액정표시장치의 응답속도(스위칭속도)를 빠르게 할수 있다.

이와 같이 실시예1의 하이브리드배열형 액정표시장치는 양호한 시각특성과 빠른 응답속도를 얻을수 있다.

상술의 실시예1에서는 각 화소영역에 2개의 도메인을 형성하고, 서로의 도메인에서 기판면내 배향방향이 180도 다르도록 배향처리를 행했으나, 마찬가지의 효과를 가져오는 배향처리패턴은 다른 것에도 다수 종류 존재한다. 그 예를 도6a∼도6i에 도시하였다. 실선으로 둘러 싼 각 영역이 1화소영역에 상당한다. 파선은 화소영역을 더욱 구분한 각 도메인의 경계선을 나타낸다. 각 도메인내에 도시한 화살표가 기판면내 배향방향을 나타낸다. 이 도면의 상하방향은 액정표시화면의 상하방향과 일치한다.

상술한 실시예1의 배향상태는 도6a에 상당한다. 화소영역은 중심선으로 상하로 2등분되고 각 도메인내의 기판면내 배향방향은 화소의 중심선에서 상하를 향하여 서로 180도 다른 방향을 향하고 있다. 도6j에 도시한 바와 같이, 다른 화소영역에도 마찬가지의 배향방향을 부여하는 처리가 되어 있고 배향막전체로서도 기판면내 배향방향은 2종이다.

도6a와는 반대로, 도6b에 도시한 바와 같이, 2등분된 각 도메인내의 액정분자의 배향방향이 화소영역의 상하로 부터 화소의 중심선을 향하도록 배향처리를 행하여도 좋다.

도6c 및 도6d에 도시한 바와 같이 화소영역을 대각선으로 2분할하여도 좋다. 또한 2분할뿐만 아니라 또한 도6e 및 도6f에 도시한 바와 같이 각 도메인에 기판면내 배향방향이 서로 180도 다른 영역을 교대로 형성하여도 좋다. 또한 1화소를 4분할보다 많은 도메인으로 분할하여도 좋을 것이다. 어느 경우에 있어서도 1화소중의 일방향의 기판면내 배향방향이 부여되는 복수의 도메인의 면적의 합계와, 180도 다른 다른 방향의 기판면내 배향방향이 부여되는 복수의 도메인의 면적의 합계가 같게 되도록 하는 것이 바람직하다.

이상은 180도 다른 2종의 기판면내 배향방향을 형성하는 경우의 예이나, 각 화소영역에 더욱 많은 기판면내 배향방향을 형성하여도 좋다. 각 화소영역에 3이상의 도메인을 형성하고 1화소중에 복수의 배향방향을 형성하여도 좋다. 예를 들면 도6g 또는 도6h에 도시한 바와 같이, 1화소영역을 2개의 중심선, 또는 대각선으로 4등분하고, 4개의 도메인으로 나누어 인접하는 도메인끼리의 배향방향이 서로 90도 다르도록 배향처리를 행하여도 좋다. 또한 도6i에 도시한 바와 같이, 1화소를 더욱 많은 도메인으로 분할하여 각 도메인에 랜덤한 기판면내 배향방향을 부여하여도 좋다.

이와 같이 보다 많은 기판면내 배향방향을 형성하는 것은 콘트라스트비보다 시각특성을 중시하는 경우, 또는 색상에 관하여 보다 무채색화를 바라는 경우에 유효하다. 또한, 이 경우는 액정분자의 기판면내 배향방향과 편광판의 편광방향의 관계를 일의적으로 특정할수 없으므로 가장 투과율이 높게 되는 위치관계를 선택하면 좋을 것이다.

다음에 실시예2에 대하여 도7과 도8a 및 도8b를 참조하여 설명한다. 실시예2는 기판면내 배향방향이 서로 180도 다른 2종의 도메인을 갖는 하이브리드배열형 액정표시장치에 있어서 보다 높은 콘트라스트가 얻어지는 액정표시장치의 구성예를 나타낸다.

액정셀의 제조방법은 실시예1과 마찬가지이다. 단, 액정셀의 기판사이의 갭은 약 8㎛로 하였다.

도7은 실시예2의 액정표시장치의 구성을 나타내는 사시도이다. 도4에서 도시한 실시예1의 하이브리드배열형 액정표시장치의 구성과 거의 마찬가지이나, 추가로 액정셀(41)과 일방의 편광판(42a)의 사이에 리타데이션판(46)을 구비하였다. 이 리타데이션판(46)은 100 ㎚의 리타데이션값을 갖고 일축성의 정(正)의 복굴절률을 갖는다. 또한 일축성복굴절율의 광축방향(47)은 기판면에 평행하고 배향막의 기판면내 배향방향(43a)(43b)에 대하여 광축방향(47)이 직교하도록 리타데이션(retardation)판(46)을 배치했다.

도8a는 실시예2의 하이브리드배열형 액정표시장치의 인가전압과 투과율의 관계를 나타내는 그래프이다. 투과율이 최대로 되는 1.0볼트 인가시와 투과율이 최소로 되는 3.3볼트 인가시를 각각 명(明)상태, 암(暗)상태로 하면 양자의 콘트라스트비는 100 으로 되었다. 실시예1의 경우에 비하여 콘트라스트가 대폭으로 증가했다.

도8b는 실시예2의 액정표시장치의 시각특성을 나타내는 그래프이다. 이미 설명한 도5b의 그래프와 유사한 것이다. 실시예1의 액정표시장치보다 시각의존성이 작게 되어 있는 것을 알수 있다. 또한 실시예2의 액정표시장치에 있어서도 실시예1의 경우와 유사하게 중간조표시에서의 표시회전이 거의 없었다.

이와 같이 하이브이드배열형 액정표시장치에 있어서 리타데이션판을 구비하면 시각특성을 더욱 개선할수 있고 콘트라스트비를 높일수 있다.

다음에 실시예3에 대하여 설명한다. 실시예3의 액정표시장치의 구성은 도7에 도시한 실시예2의 구성과 동일하다. 단 사용하는 리타데이션판(46)의 리타데이션값을 400 ㎚ 으로 했다.

도9a는 실시예3의 하이브리드배열형 액정표시장치의 인가전압과 투과율의 관계를 나타내는 그래프이다. 도8a에 도시한 실시예2의 특성과 비교하면, 투과율이 최대로 되는 인가전압값과 투과율이 최소로 되는 인가전압값이 반대로 되어 있다. 그러나 투과율의 최대치와 최소치의 콘트라스트비는 실시예2의 경우와 마찬가지로 100 으로 할수 있었다.

도9b는 시각특성을 나타내는 원그래프이다. 실시예1의 경우와 비교하면 시각의존성이 작게 되어 있다. 또한 중간조표시에서의 표시의 반전이 일어나지 않은 영역이 확대되었다.

이와 같이, 하이브리드배열형 액정표시장치에 있어서, 액정셀과 편광판의 사이에 리타데이션판을 구비하면 높은 콘트라스트비를 얻을수 있다. 이 경우, 리타데이션의 값에 의해 투과율이 최대 또는 최소로 되는 인가전압값을 변화시키나 명상태와 암상태의 인가전압값을 적당히 선택하면 다른 리타데이션값에 있어서도 거의 동일의 높은 콘트라스트를 얻을수 있다.

또한 복수의 정의 일축성의 복굴절율을 갖는 리타데이션판을 구비하여 동일한 효과가 얻어질수 있을 것이다. 이때 복수의 리타데이션판의 리타데이션값은 도일하거나 또는 다르라도 좋다. 파장의존성의 조정이 용이하게 되고 색조를 무채색에 가깝게 된다. 또한 리타데이션판의 위치는 액정셀과 편광판의 사이이면 액정셀의 위라도 또는 아래라도 좋을 것이다.

실시예4에 대하여 도10 및 도11a,11b를 참조하여 설명한다. 액정셀(41)의 제조방법은 실시예1과 동일의 방법을 이용하였다.

도10은 실시예4의 하이브리드배열형 액정표시장치의 구성을 나타내는 사시도이다. 실시예4의 특징은 액정셀(41)과 그 양측의 편광판(42a)(42b)의 사이에 각각 2종의 리타데이션판(48)(49)을 구비한 것이다. 그 이외의 구성부분에 대해서는 도4에 나타난 실시예1과 동일하다.

리타데이션판(48)은 리타데이션값 100 ㎚의 정의 일축성 복굴절율을 갖는다. 그 리타데이션판(48)의 일축성 복굴절률의 광축(50)은 기판면에 평행하고 기판면내 배향방향(43a)(43b)에 대하여 직교한다.

타방의 리타데이션판(49)은 리타데이션값 600 ㎚ 의 부(負)의 일축성 복굴절률을 갖는다. 이 리타데이션판(49)의 일축성복굴절률의 광축(51)은 기판면에 대하여 법선방향을 향한다.

도11a는 실시예4의 하이브리드배열형 액정표시장치의 인가전압과 투과율의 관계를 나타내는 그래프이다. 인가전압 1.0볼트시와 3.3볼트시의 투과율을 각각 명상태, 암상태에서의 투과율로 하면 그 콘트라스트비는 약 100 이고, 실시예2 또는 실시예3의 경우와 동일의 값을 나타내었다.

도11b는 실시예4의 하이브리드배열형 액정표시장치의 시각특성을 나타내는 그래프이다. 실시예1 내지 실시예3의 액정표시장치와 비교하여 시각특성이 더욱 개선되어 있는 것을 알수 있다.

복굴절률이 정의 리타데이션판은 주로 콘트라스트를 개선하는 효과를 가지며, 복굴절률이 부의 리타데이션판은 주로 시각을 넓히는 효과를 갖는다. 따라서 양자의 리타데이션판을 동시에 구비함으로써 콘트라스트비가 높고 보다 시각특성이 우수한 하이브리드배열형 액정표시장치를 얻을수 있다.

또한 각각의 리타데이션판의 리타데이션값은 복굴절률이 정의 경우는 암표시를 행하는 인가전압의 값에 의해 정하여 지고 복굴절률이 부의 경우는 시각이 가장 넓게 되는 값을 선택한다.

또한 실시예4에 있어서도 종래의 TN형 액정표시장치에서 보여진 것과 같은 중간조표시에 있어서 표시의 반전이 생기기 어렵다.

실시예5의 하이브리드배열형 액정표시장치의 구성을 나타내는 사시도를 도12에 나타낸다. 액정셀(41)의 양측에 편광판(42a)(42b)를 구비하고 액정셀(41)과 편광판(42a)의 사이에 리타데이션판(52)를 배치한다. 그 이외의 구성은 실시예1과 같다.

리타데이션판(52)는 2축성의 굴절률 이방성을 갖는다. 기판면에 대하여 수직방향의 축을 z 축으로 하고, 기판면에 대하여 평행방향의 서로 직교하는 2개의 축중, 축방향의 주굴절률이 큰 쪽의 축을 x축, 또 한쪽의 축을 y 축으로 하면, x축과 기판면내 배향방향(43a)(43b)가 직교하도록 한다.

도면에서 리타데이션판(52)의 좌측에 도시한 바와 같이, x 축, y 축, z 축방향에서의 주굴절률을 n_x, n_y, n_z으로 표시하면 이들은 n_x〉n_y〉n_z의 관계가 있다.

이 리타데이션판(52)을 구비한 효과는 실시예4에 있어서 이용한 것과 같은 정의 일축성 복굴절률을 가지며, 광축이 기판면에 평행한 리타데이션판과 부의 일축성 복굴절률을 가지며, 광축이 기판법선방향을 향하는 리타데이션판을 조합시킨 경우와 거의 동일하다고 예상된다. 따라서 실시예5의 액정표시장치의 구성에 있어서도 실시예4와 마찬가지로 양호한 시각특성과, 높은 컨트라스트를 얻을수 있을 것이다.

상술한 실시예2 에서 실시예5의 하이브리드배열형 액정표시장치에 있어서는 기판면내에 일축성 복굴절률의 광축 또는 2축성 복굴절률을 갖는 리타데이션판을 구비하고 있다. 이 경우는 배향막의 기판면내 배향방향과 리타데이션판의 광축 또는 한 개의 주축이 직교하도록 배치하는 것이 광학적 보상의 점에서 바람직하다.

배향막의 기판면내 배향방향가 서로 180도 다른 2종의 도메인만을 갖는 경우는 거의 모든 기판면내 배향방향과 리타데이션판의 기판면내 광축 등을 직교배치시키는 것은 가능하다. 그러나 액정분자에 부여되는 복수의 배향방향이 180도 이외의 관계, 예를 들면 90도이거나 더욱 많은 복수의 배향방향을 포함하는 경우는 상기 관계를 모든 도메인에 대하여 유지하는 것이 곤란하다.

따라서 실시예2 내지 실시예5에 있어서, 리타데이션판에 의한 광학보상효과를 가장 유효하게 인출하고 또한 시각의존성이 작은 하이브리드배열형 액정표시장치를 제조하기 위하여는 각 화소영역마다에 기판면내 배향방향이 180도 다른 2종의 도메인을 형성하고 기판전체로 하여도 상기 2종의 기판면내 배향방향만을 형성하는 것이 바람직할 것이다.

이상 설명한 바와 같이 종래의 TN형 액정표시장치에 대신하여 쓰레스홀드값 전압을 거의 갖지 않는 하이브리드배열형 액정표시장치를 이용하면 보다 빠른 응답속도를 얻을수 있다.

또한 화소마다에 기판면내 배향방향이 다른 복수의 도메인을 형성하는 것으로 시각의존성을 작게 할수 있고, 중간조에서의 표시의 반전을 억제할수 있다.

또한 액정셀을 사이에 두고 배치된 편광판을 액정분자의 기판면내 배향방향와 거의 45도의 각도로 설치하면 보다 높은 투과율을 얻을수 있다.

또한 액정셀과 편광판의 사이에 정의 일축성 복굴절율을 갖고, 기판면내에 광축을 갖는 리타데이션판을 구비하면 높은 콘트라스트를 얻을수 가 있으며, 시각의존성을 보다 작게 할수 있다. 또한 리타데이션판의 기판면내의 광축방향과 배향막의 기판면내 배향방향를 직교하도록 배치하면 보다 효과적이다. 그리고 정의 일축성 복굴절률을 갖는 리타데이션판과 부의 일축성 복굴절률을 갖는 리타데이션판을 액정셀의 양측에 구비하는 것에 의해서도 더욱 시각의존성을 작게 할수 있다.

이상 실시예에 따라서 본 발명을 설명했으나, 본 발명은 그 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면 다수의 변경, 개량, 조합등이 가능하다는 것은 당업자에게 자명할 것이다.

Claims (11)

1. 일정의 간격으로 평행하게 대향배치된 한쌍의 기판과, 전기 한쌍의 기판사이에 협지된 액정분자를 포함하는 액정층과, 전기 한쌍의 기판의 상호에 대향하는 표면상에 각각 형성되고, 화소단위로 전기 액정층에 전계를 인가하는 전극과, 전기 한쌍의 기판중 일방의 기판의 전기 대향하는 표면상에 전기 전극을 덮도록 형성되며, 기판면에 대하여 거의 수직방향으로 액정분자를 배향시키는 제1의 배향막과, 전기 한쌍의 기판중 타방의 기판의 전기 대향하는 표면상에 전기 전극을 덮도록 형성된 제2배향막으로서 기판면에 대하여 거의 평행방향으로 액정분자를 배향시키고 또한 프리 틸트를 부여함과 동시에 그 제2배향막의 표면상의 전기 각 화소에 대응하는 영역이 복수의 도메인으로 분할되고 각 도메인은 단일의 기판면내 배향방향을 가지며, 화소내의 적어도 2개의 도메인은 기판면내 배향방향을 다르게 하는 전기 제2배향막을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제1항에 있어서, 전기 2개의 도메인의 기판면내 배향방향이 서로 180도 다르고, 또한 전기 한쌍의 기판의 외측에, 상호의 편광축이 직교하고 전기 2개의 도메인의 기판면내 배향방향과 각 편광판의 편광축이 이루는 각이 거의 45도가 되도록,배치된 한쌍의 편광판을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제2항에 있어서, 전기 전극으로 구분되는 각 화소가 면적이 같은 2개의 도메인으로 분할되어 있는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 제2항에 있어서, 추가로, 전기 한쌍의 기판과 그들에 각각 인접하는 전기 편광판의 적어도 일방과의 사이에 1개 이상의 리타데이션판을 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 제3항에 있어서, 추가로, 전기 한쌍의 기판과 그들에 각각 인접하는 전기 편광판의 적어도 일방과의 사이에 1매 이상의 리타데이션판을 구비한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
6. 제4항에 있어서, 전기 리타데이션판이 기판면내 방향의 광축을 갖는 정의 일축성의 복굴절률을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
7. 제6항에 있어서, 전기 리타데이션판의 일축성 복굴절률의 광축과 전기 액정분자의 기판면내 배향방향이 서로 직교하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
8. 제4항에 있어서, 추가로, 전기 한쌍의 기판과 그들에 각각 인접하는 전기 편광판의 적어도 일방과의 사이에, 부의 일축성 복굴절률을 갖는 리타데이션판을 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
9. 제4항에 있어서, 전기 리타데이션판이 2축성의 복굴절률을 가지며, 그 3개의 주축중 2개의 주축이, 기판면에 평행하고 다른 한 개의 주축이 기판면에 대하여 수직이고, 기판면법선방향의 주굴절률이 다른 2개의 주굴절률보다 작은 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
10. 제9항에 있어서, 전기 2개의 주축중 일방이, 전기 액정분자의 기판면내 배향방향과 직교하고, 그 일방의 주축에 관하여 주굴절률이 전기 2개의 주축중 타방의 주축에 관한 주굴절률보다 큰 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
11. 제1항에 있어서, 전기 제2의 배향막이 감광성 고분자막인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.