KR100367797B1 - 액정 디스플레이 디바이스 - Google Patents

Abstract

쌍안정 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이 디바이스는 각각이 제1 액정 상태와 제2 액정 상태 사이에서 스위칭 가능한 제1 및 제2 액티브 액정 영역(A)을 포함한다. 분리 영역(I)은 2개의 액티브 액정 영역들 사이에 제공되어, 원하지 않는 상태가 핵생성하여 액티브 영역 안으로 성장하는 것을 방지하거나, 또한 하나의 액티브 영역 내의 상태가 다른 액티브 영역 안으로 성장하는 것을 방지한다. 분리 영역(I) 내의 안정된 액정 상태는 제1 및 제2 안정 상태 이외의 상태이다. 예를 들어, 트위스티드-HAN 상태가 분리 영역 내에서 안정될 수 있다.

분리 영역은, 트위스티드-HAN 상태가 안정 액정 상태인 분리 서브-영역들과 물리적 월들의 결합에 의해서 선택적으로 규정될 수 있다.

Description

액정 디스플레이 디바이스{A LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정 디스플레이 디바이스에 관한 것으로, 특히 쌍안정 트위스티드 네마틱(BTN : bistable twisted nematic) 액정 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.

여기서 사용된 "트위스트"(twist)라는 용어는 액정 방향자가 액정 셀의 한 표면으로부터 다른 표면으로 회전하는 액정 셀 평면에서의 각도를 의미하는 것으로 정의된다.

BTN 효과는 EP-A-0 018 180 및 D. W. Berreman 등의 "Journal of Applied Physics" Vol 52, No. 4 p3032 (1981)에 개시되어 있다.

쌍안정 트위스티드 네마틱(BTN) 액정 디스플레이 디바이스의 일반적인 구조가 도 1의 (a)에 개략적으로 도시되어 있다. 이 디바이스는 상부 및 하부 기판(1, 2)과 그 각각의 기판들 상에 배치된 배향층(3, 4)으로 구성되어 있다. 기판들 사이에 콜레스테릭(cholesteric)(트위스티드 네마틱) 액정의 층(5)이 배치되어 있다. 액정층에 전압이 인가될 수 있도록 상부 및 하부 기판(1, 2) 상에는 전극들(도시되지 않음)이 구비된다.

도 1의 (a) 내지 (d)는 BTN 액정 디스플레이 디바이스의 동작 원리를 도시하고 있다. 상부 배향막(3)의 러빙 방향이 하부 배향막(4)의 러빙 방향과 반평행(anti-parallel)일 때, 셀 간극의 거의 2배의 피치를 갖는 콜레스테릭(트위스티드 네마틱) 액정 재료가 액정층(5)에 전압이 인가되지 않을 때 180°의 트위스트를 갖는 초기 상태를 채택한다. 2개의 배향막의 러빙 방향이 반평행일 때, 180°의 트위스트 상태는 스플레이(splay)되는 단점이 있다.

초기 안정 180°트위스트 상태 외에, 스플레이가 없기는 하지만 트위스트의 정도가 그다지 양호하지 않은 2개의 추가적인 준안정 상태, 즉 0°및 360°가 존재할 수 있다. 이들 상태는 각각 도 1의 (c) 및 (d)에 도시되어 있다. 이들 준안정 상태는 180°트위스트 상태보다 훨씬 신속히 생성될 수 있으며, BTN 액정 디스플레이 디바이스에서 사용되는 2개의 상태들이다. 도 1의 (a)의 BTN 액정 셀이 교차된 선형 편광자들 사이에 배치되면, 도 1의 (d)의 360°트위스트 상태는 검게 보이고, 그 광축이 편광자 방향들에 대하여 45°로 배향될 때 도 1의 (c)의 0°트위스트 상태는 하얗게 보인다.

도 1의 (c) 및 (d)에 도시된 준안정 0°및 360°트위스트 상태들은 도 2의 (a) 및 (b)에 도시된 전압 펄스를 이용하여 도 1의 (a)의 안정 180°트위스트 상태로부터 생성된다. 액정이 180°트위스트 상태일 때, 초기에 상부 및 하부 기판들 상에 배치된 전극들(도시되지 않음)에 리셋 펄스(6)가 인가된다. 리셋 펄스(6)는 180°트위스트 상태로부터 도 1의 (b)에 도시된 호메오트로픽(homeotropic) 상태로의 천이를 일으키기에 충분한 진폭과 지속시간을 갖는다. 호메오트로픽 상태에서는, (배향막(3, 4)의 인접 위치로부터 떨어진) 액정층(5)의 벌크 내의 액정 분자들은, 예를 들어 분자(7)에 의해 예시된 바와 같이, 기판들(1, 2)에 대해 수직으로 배향된다.

디바이스의 소망하는 상태를 선택하기 위하여 2종류의 선택적 어드레싱 펄스(8) 중 하나가 전극들에 인가된다. 선택적 어드레싱 펄스(8)의 한 종류는 액정이 도 1의 (b)의 호메오트로픽 상태로부터 도 1의 (c)의 준안정 0°트위스트 상태로 스위칭하게 한다. 이 상태에서, 셀의 러빙 방향이 편광자들의 투과축에 대하여 45°로 배향된 상태에서 셀이 서로 직교하는 선형 편광자들 사이에 배치될 때, 셀은 최소한도로 감쇠하는 것으로 보인다. 즉, 하얗게 보인다.

다른 종류의 어드레싱 펄스(8')는 도 1의 (b)의 호메오트로픽 상태가 도 1의 (d)의 준안정 360°트위스트 상태로 스위칭하게 한다. 이것은 액정 셀이 서로 직교하는 선형 편광자들 사이에 배치될 때 최대한도로 감쇠하는, 즉 검은 상태이다.

상술한 내용은 상부 및 하부 배향막들의 배향 방향 사이의 각도가 180°인 디바이스에 관한 것이지만, BTN은 이것에 한정되지 않는다. 상부 및 하부 배향막들의 배향 방향 사이의 각도는 다른 값들을 취할 수 있으며, 상부 및 하부 배향막들의 배향 방향 사이의 각도가 Φ일 때, 3개의 안정 또는 준안정 상태들은 Φ-π, Φ, 및 Φ+π(즉, Φ-180°, Φ, 및 Φ+180°)의 트위스트들을 가질 것이다.

안정 트위스트 상태 및 2개의 준안정 트위스트 상태들의 에너지들은 액정 셀의 셀 간극과 액정 분자들의 피치 사이의 비율에 의존한다. 일반적으로, 3개의 상태는 모두 상이한 에너지를 갖는데, 안정 트위스트 상태가 최저 에너지 상태가 된다. 이 상태는 통상 2개의 준안정 트위스트 상태와는 위상적으로 구별되고, LCD의 동작 상태 중 하나에 대응하지 않는다. 3개의 상태들 사이의 이 에너지 차이는 두가지 문제를 제시한다. 첫째로, 에너지적으로 유리한 안정 트위스트 상태는 액정 셀에 전압이 인가되지 않을 때 소정 기간에 걸쳐서 핵생성(nucleate)하여 준안정 동작 상태로 성장할 가능성이 있다. 더욱이, 원하지 않는 안정 트위스트 상태가 핵생성하지 않더라도, 액정층(5)에 전압이 인가되지 않을 때 2개의 준안정 상태 중 보다 에너지적으로 유리한 것이 다른 것으로 천천히 성장할 것이다. 이는 BTN LCD가 디바이스가 스위치 오프될 때 소망하는 디스플레이를 유지하지 못하며 -BTN LCD는 진정한 쌍안정 디바이스가 아님-, 소망하는 화상을 유지하기 위하여 디스플레이를 계속적으로 리프레시해야 함을 의미한다.

BTN LCD의 하나의 특정 응용분야는 휴대형 LCD와 같은 저전력 LCD이다. 재충전 없이 디바이스를 사용할 수 있는 최대 시간을 증가시키기 위하여 그러한 디바이스는 가능한 한 낮은 전력 소모를 갖는 것이 바람직하다. 그러므로, 원하지 않는 상태의 핵생성 및 성장을 방지하기 위하여 디스플레이를 빈번히 갱신해야 하는 것은 바람직하지 않다. 왜냐하면 이는 전력 소모를 증가시키게 되기 때문이다. 본 발명은 BTN LCD 상에 디스플레이되는 화상을 리프레시해야 하는 문제점을 다루고자 한다.

수동형 매트릭스 어드레싱 방법에 의해 구동되는 쌍안정 트위스티드 네마틱(BTN) LCD의 다른 예가 T. Tanaka 등의 "PROC. Asia Display" p259 (1995)에 개시되어 있다.

BTN 액정 디스플레이에서 어드레스되는 영역을 한정하는 2가지 방법이 D. W. Berreman 등의 "Journal of Applied Physics" Vol 52, No. 4 p3032 (1981)에 개시되어 있다. 이 문헌에 설명된 양 방법은 어드레스되는 영역들을 분리하기 위하여 LCD 중에 어드레스되지 않는 영역들을 제공한다. LCD의 어드레스되지 않는 영역의 두께 대 피치의 비율은 어드레스되지 않는 영역 내에서 0°트위스트 상태를 안정시키기 위하여 저감된다. 인접한 어드레스되는 영역들은 0°와 360°트위스트 상태 사이에 스위칭될 수 있으며, 어드레스되지 않는 영역들에 의해 서로 분리된다. 어드레스되지 않는 영역들의 두께 대 피치의 비율을 저감시키는 한가지 방법은 어드레스되지 않는 영역들의 액정층의 두께를 저감시키는 것이다. 개시된 다른 방법은 액정층과 배향막들 사이의 계면에서의 액정 분자들의 방향자의 틸트(tilt)를 어드레스되는 영역에 비하여 어드레스되지 않는 영역에서 증가시켜서 액정 분자들의 유효 피치를 증가시키는 것이다.

그러나, 어드레스되지 않는 영역들에서의 셀 두께의 감소에 의한 분리의 경우 전체 액티브 영역이 월(wall)에 의해 둘러싸일 필요가 있고, 월 높이는 유효 분리를 제공하기 위하여 적어도 셀 두께의 2/3이어야 한다. 이는 디바이스를 액정 재료로 충전할 시에 문제를 일으킬 수 있는데, 이는 월들의 구석에 공기가 트랩(trap)되기 쉽기 때문이다.

셀의 두께에서 필요한 균일성을 얻는 데 있어서 또 다른 문제가 생성한다. 만일 스페이서 볼들이 이용되는 경우, 이들은 월들 상에 배치될 경우 셀 두께의 ∼1/3의 직경을 가질 수 있지만, 이 경우 스페이서 볼들을 배치하기가 곤란하다. 다르게는, 셀 두께와 같은 두께를 갖는 스페이서 볼들이 이용될 수 있지만, 이 경우, 스페이서 볼들이 월들 상에 배치되지 않고 액티브 영역들에 배치되도록 상당한 주의가 요구된다. 이들 방법 모두 정확하게 수행하기가 곤란하다. 다른 대안은 월들 상에 필러(pillars)를 제조하고 월들과 필러들의 결합된 높이가 소망하는 셀 두께와 같게 하는 것이다. 필러들은 월 제조 공정을 반복하여 제공되지만, 월들이 아닌 필러들을 제공하기 위해 상이한 마스크를 이용한다. 이는 부가적인 공정 단계를 필요로 하고, 또한 필러용 마스크의 정밀한 정렬이 요구된다.

양 기판 상의 프리틸트(pre-tilt)를 변경함으로써 분리를 제공하는 데에는양 기판 상에 마스크된 러빙 공정이 요구되고, 이는 2개의 기판을 정렬할 시에 높은 정밀도가 요구됨을 의미한다.

GB 2096342 A는 H 및 V 상태들을 안정시킴으로써 쌍안정 디바이스를 얻기 위한 분리 영역을 기술하고 있다. 이들 상태는 평행 정렬을 필요로 한다. H 상태는 V (또는 T) 상태와 위상적으로 구별되고 s=±1/2 디스클리네이션(disclination) 라인이 H 상태를 V 상태와 분리시킨다. 2개의 상태 사이의 이동을 방지하기 위하여 분리 영역이 디바이스에 통합된다. 분리는 정렬 표면들 중 하나 상의 액티브 영역들 사이에 배치된 표면 불연속부(상이한 틸트의 영역)를 도입함으로써 형성된다. 분리 영역은 균일한 평면 정렬을 가지며 디스클리네이션 라인은 배향층의 표면 불연속부에서 고정(pin)된다. 상태들 사이의 스위칭은 고정된 s=±1/2 디스클리네이션 라인의 분리, 이동 및 재고정(re-pinning)을 필요로 한다.

그와 대조적으로, BTN은 그 3개의 상태들 중 하나만이 트위스트되지 않을 수 있는 트위스티드 네마틱 디바이스이다. 2개의 동작 상태(Φ-180°및 Φ+180°)는 위상적으로 서로 구별되지 않으므로, 그들 사이에 아무런 디스클리네이션 라인도 없고, 바람직하지 않은 안정 Φ 상태가 그들과 위상적으로 구별된다. BTN 디바이스는 그 동작 내내 바람직하지 않은 상태의 제거 및 회피를 필요로 한다. BTN의 스위칭 메커니즘은 디스클리네이션 라인의 분리, 이동 및 재고정을 수반하지 않는다.

BTN은 필요한 트위스트(두께 대 피치 비율)를 위하여 그 액정이 도핑되는 트위스티드 디바이스이기 때문에, 양 기판 상에 호메오트로픽 정렬이 없다면, 분리영역은 불가피하게 그 분리 작용이 명백하지 않은 트위스티드 구성일 것이다. 사실상, BTN에 적용되는 분리 영역을 위한 GB 2096342 A에서의 제안된 구성은 사실 원하지 않는 안정 상태를 안정시켜서, 디스클리네이션 라인들을 생성하고 BTN의 장기간 쌍안정성의 가능성을 실제로 저감시킬 것이다. BTN에서는, 본 발명 내에서 기술된 분리 영역은 디스클리네이션을 고정하지 않고, 대신에 2개의 동작 상태를 분리하기 위하여 그들 동작 상태 사이의 장벽의 형성을 허용하는 표면 불연속을 제공하며, 이 장벽은 2개의 동작 상태에 대하여 컨포메이셔널(conformational)(위상적으로 동일)해야 한다.

Hoke 등의 "SID 97 Digest", p29는 BTN LCD의 고속 성능을 위하여 디스플레이는 180°트위스트 상태의 핵생성 및 성장을 방지하기에 충분하도록 빈번히 리프레시되어야 함을 제안한다. 상술한 바와 같이, 이 방법은 LCD의 전력 소모를 증가시키기 때문에 바람직하지 않다.

EP-A-0 579 247은 투과성 BTN LCD에서의 최대 콘트라스트를 제공하기 위하여, 액정 셀이 사이에 배치되는 편광자들의 위치를 선택하는 기술을 개시하고 있다.

Hoke 및 Bos는 "SID 98 Digest", p854에서, 180°트위스트 상태의 성장을 방지하기 위하여 각 화소 주위에 중합체 월들이 형성되는 BTN LCD를 개시하고 있다. 이 방법에서는, 광중합가능한 단량체 액정 재료가 사용되고, 이것은 액정 셀에 전압이 인가되는 동안 마스크를 이용하여 방사에 선택적으로 노출된다. 이 방법은 액티브 영역의 면적을 저감시키지 않으면서 명확한 월 구조(well-defined wall structures)를 얻기가 곤란하기 때문에 불리하다. 더욱이, 인시투(in-situ) 중합 공정은 이온 오염을 일으켜서 화상 스티킹(즉, 하나의 동작 상태로부터 다른 동작 상태로 화소를 재기록하기 곤란함)이 생길 수 있다.

개개의 어드레스되는 영역들 주위에 셀 두께와 같은 높이를 갖는 물리적 장벽을 배치하는 것을 예견할 수 있을 것이다. 그러나, 이것은 LCD의 제조를 복잡하게 하는 단점이 있다. 특히, 패널을 액정 재료로 충전시키는 것이 매우 곤란하게 된다.

본 발명은 제1 및 제2 액티브 액정층 영역 -이 액티브 액정층 영역들 각각은 제1 액정 상태 및 제2 액정 상태 사이에서 스위칭 가능함-; 및 상기 제1 액티브 액정층 영역과 상기 제2 액티브 액정층 영역 사이에 구비된 분리 영역 -이 분리 영역은 상기 제1 및 제2 액정 상태와 상이한 제3 액정 상태가 안정된 영역을 포함함- 을 포함하는 쌍안정 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이 디바이스를 제공한다.

분리 영역은 어드레싱 가능한 액정 영역들을 서로 분리시키므로, 만일 액티브 영역들 중 하나에서 180°트위스트 상태가 핵생성되는 경우, 다른 액티브 영역으로 성장할 수 없을 것이다. 더욱이, 동작 상태들의 장기간 쌍안정성이 얻어진다. 그러므로, 분리 영역을 제공함으로써 디스플레이가 열화되는 비율이 저감되고, 따라서 디스플레이가 리프레시되어야 하는 비율이 저감되고, 따라서 디스플레이의 전력 소모가 저감될 것이다.

상기, Berreman 등에 의해 제안된 분리 영역들과 대조적으로, 본 발명의 분리 영역에서의 안정 액정 상태는 동작 상태들 중 하나가 아니다. 분리 영역에서의 안정 액정 상태는 트위스트 상태이므로(트위스트는 분리 영역을 따라서 또는 그를 가로질러 또는 그를 통하여 이루어질 수 있음), 디스클리네이션들은 액정층의 표면에(정렬이 변화하는 지점에) 고정될 것이며, 따라서 액정의 벌크 내에 디스클리네이션이 없을 것이다. 그와 대조적으로, 만일 분리 상태가 동작 상태라면 분리 상태와 그것과 구별되는 동작 상태 사이에 분명한 디스클리네이션이 있겠지만, 이는 바람직하지 않다. 왜냐하면, 벌크 액정 내의 디스클리네이션들이 원하지 않는 상태가 핵생성될 가능성을 증가시키기 때문이다. 따라서, 본 발명은 원하지 않는 상태의 핵생성 가능성을 저감시킨다.

제3 액정 상태는 트위스티드 하이브리드 얼라인드 네마틱(HAN : hybrid aligned nematic) 상태일 수 있다. 트위스티드-HAN 상태는 그 계면에서 동작 상태에 따르게 되므로, 디스클리네이션들은 액정층의 표면들에만 존재하고 액정층의 벌크 내에는 존재하지 않는다. 이는 상술한 바와 같이 원하지 않는 상태 핵생성의 가능성을 저감시킨다. 다르게는, 제3 액정 상태는 균일한 트위스티드 헬릭스 상태일 수도 있다.

제1 및 제2 안정 액정 상태는 φ-π 트위스트 상태 및 φ+π 트위스트 상태일 수 있다. 제1 및 제2 안정 상태는 0°트위스트 상태 및 360°트위스트 상태일 수도 있고, 다르게는, -90°상태 및 270°트위스트 상태일 수도 있다.

액정 디바이스는 제1 및 제2 기판; 상기 각각의 기판 상에 배치된 제1 및 제2 배향층; 및 상기 기판들 사이에 배치된 BTN 액정 재료를 포함할 수 있고, 상기 배향막들 중 하나의 배향 방향은 분리 영역과 액티브 영역들 사이에 다를 수 있다. 이는 분리 영역을 규정하는 편리한 방법을 제공한다. 상이한 프리틸트의 영역과 같은 상이한 배향 조건의 영역을 갖는 배향막을 갖는 기판은, 예를 들어, 본원과 함께 계류중인 UK 특허 출원 번호 9822762.2에 개시된 방법으로 제조될 수 있다.

하나의 배향막은 분리 영역에서보다 액티브 영역들에서 보다 낮은 프리틸트를 가질 수 있다. 이 하나의 배향막은 분리 영역에서 실질적으로 90°의 프리틸트를 생성할 수 있다. 다르게는, 이 하나의 배향막은 분리 영역에서 랜덤하게 지향된 높은 프리틸트를 생성할 수 있으며, 따라서 분리 영역에서의 안정 상태는 초점 원뿔 상태(focal conic state)가 된다. 이 하나의 배향막은 액티브 영역들에서 45° 미만의 프리틸트를 생성할 수 있으며, 액티브 영역에서 2-20°범위의 프리틸트를 생성할 수도 있다.

분리 영역은 제1 및 제2 분리 서브영역 -상기 제1 분리 서브영역은 하나의 배향막 상의 배향 조건에 의해 생성되고, 상기 제2 분리 서브영역은 다른 배향막 상의 배향 조건에 의해 생성됨- 을 포함할 수 있다. 양 배향막에 대해 유사한 처리를 행함으로써, 그들의 특성이 유사하게 유지된다. 이에 따라 배향막들 사이의 바이어싱(biasing)이 저감되고, 따라서 이온 보유에 따른 화상 깜박임(image flicker)과 같은 문제가 저감된다. 게다가, 2개의 기판에 대해 유사한 처리를 행할 경우 2개의 기판의 프리틸트들이 거의 동일하게 될 가능성이 보다 커진다. 더욱이, 양 기판 상의 특징형상에 대해 평행한 러빙을 수행함으로써 기판들 상의 특징형상에 의한 러브(rub)의 섀도잉(shadowing)의 문제가 저감된다.

제1 분리 서브영역은 하나의 배향막 상의 높은 프리틸트 영역에 의해 생성될 수 있고 제2 분리 서브영역은 다른 배향막 상의 높은 프리틸트 영역에 의해 생성될 수 있다.

분리 영역은 디바이스의 제1 기판과 디바이스의 제2 기판 사이에 연장되는 월을 더 포함할 수 있다. 이 월은 제1 기판으로부터 다른 기판으로 연장될 수 있다.

액티브 영역들 사이에 분리를 제공하는 것 외에, 월을 사용함으로써 액정 셀에 보다 큰 물리적 강도가 제공될 것이다. 또한, 셀 간극의 균일성이 향상될 것이며, 더욱이, 기판들을 서로 일정간격 떨어지게 하기 위한 스페이서 볼들을 제공할 필요가 제거될 것이다. 스페이서 볼들의 제거는 바람직한데, 이들 스페이서 볼은 원하지 않는 안정 상태에 대한 핵생성 위치로서 작용하기 때문에 그러하다. 이는 스페이서 볼들의 표면 상의 정렬이 디바이스의 충전(filling)이 행해지는 조건에 의해 규정되고, 스페이서 볼들의 표면 상의 어떤 타입의 정렬은 원하지 않는 안정 상태를 핵생성할 수 있기 때문이다. 게다가, 스페이서 볼들의 형상은 셀이 스위칭되거나 또는 물리적으로 압박 받을 때 액정 재료가 스페이서 볼들을 지나 흐를 수 있게 하며, 이 흐름은 액정층의 벌크 내의 디스클리네이션에 이를 수 있는데, 이는 원하지 않는 안정 상태를 핵생성할 수 있다. 그와 대조적으로, 월은 명확한 정렬(well-defined alignment)을 갖는데, 이는 월 프로파일과 결합하여, 벌크 액정층 내에 디스클리네이션들을 생성하지 않으며, 따라서 원하지 않는 안정 상태를 핵생성하지 않는다.

분리 영역을 기판들 중 하나의 기판 상에 투영한 것은 액티브 영역들 중 적어도 하나를 기판들 중 상기 하나의 기판 상에 투영한 것을 완전히 둘러쌀 수 있다. 이는 2개의 액티브 영역들 사이의 분리를 더욱 향상시킨다.

도 1의 (a) 내지 (d)는 4개의 액정 상태의 BTN LCD에 대한 개략도.

도 2의 (a)는 BTN LCD에서 0°트위스트 상태를 선택하는 데 필요한 전압 펄스를 도시하는 도면.

도 2의 (b)는 BTN LCD에서 360°트위스트 상태를 선택하는 데 필요한 전압 펄스를 도시하는 도면.

도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 BTN LCD의 개략 단면도.

도 4a 내지 4c는 도 3의 LCD에 대한 가능한 평면도.

도 5a 내지 5f는 도 3의 디바이스를 제조하는 방법을 도시하는 도면.

도 6a 내지 6c는 도 3의 디바이스에 대한 또 다른 가능한 평면도로서, 여기서는 배향 방향들이 액티브 영역들의 에지에 대해 소정의 각을 이루고 있음.

도 7a 내지 7c는 도 3의 디바이스에 대한 또 다른 평면도로서, 여기서는 상부 기판의 배향 방향이 하부 기판의 배향 방향과 직각을 이루고 있음.

도 8a 내지 8c는 도 3의 디바이스에 대한 또 다른 평면도로서, 여기서는 상부 기판의 배향 방향이 하부 기판의 배향 방향에 대해 Φ의 각을 이루고 있음.

도 9a 및 9b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 BTN LCD의 평면도.

도 9c 및 9d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 BTN LCD의 평면도.

도 10a 및 10b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 BTN LCD의 평면도.

도 10c 및 10d는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 BTN LCD의 평면도.

도 11a 내지 11c는 본 발명의 또 다른 실시예들에 따른 BTN LCD의 평면도.

도 12a 내지 12c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 BTN LCD의 개략 평면도.

도 13a 및 13b는 전극들의 위치를 도시하는 도 12a 내지 12c의 디바이스의 부분 평면도.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 BTN LCD의 부분 사시도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 2 : 기판

3, 4 : 배향막

9 : 행 전극

10 : 열 전극

A : 액티브 영역

I : 분리 영역

도 3은 본 발명의 제1 실시예의 개략적인 단면도이다. 이는 상부 및 하부 기판(1, 2)을 갖는 BTN 액정 디스플레이 디바이스를 도시한다. 이 디바이스는 수동으로 어드레스된 디바이스이고, 행 전극(9)은 상부 기판상에 배치되고, 행 전극(9)과 함께 교차된 열 전극(10)은 하부 기판(2)상에 배치된다. 배향막(3, 4)은 전극을 통해 상부 및 하부 기판(1, 2)상에 배치되고, 상부 배향막의 배향 방향은 하부 배향막(4)의 배향 방향에 평행하지 않다.

액티브 영역(A)는 행 및 열 전극의 중첩에 의해 액정 영역에 한정된다. 이는 도 2의 (a) 또는 도 2의 (b)의 전압 펄스를 인가함으로써, 액티브 영역(A)의 액정을 0° 트위스트 상태 또는 360°트위스트 상태로 놓을 수 있다.

본 발명에서, 분리 영역(I)은 도 3에 도시된 디바이스의 두 개의 액티브 영역(A) 사이에 제공된다. 분리 영역(I)은 두 개의 액티브 영역을 서로 분리시키고, 액티브 영역내에서 두 개의 준안정 상태를 안정화시킨다.

분리 영역(I)의 안정 액정 상태는 액티브 영역들(A,A)의 동작 상태 중 하나는 아니다. 도 3의 실시예에서, 분리 영역은 트위스티드-HAN 액정 상태가 안정 영역으로 구성된다. 트위스티드-HAN 상태가 안정 분리 영역을 얻기 위해, 분리 영역에 대응한 하나의 배향막의 영역의 프리틸트는 높으며, 바람직하게 45°이상이고 보다 바람직하게는 실질적으로 90°이다. 액티브 영역에 대응한 상부 배향막(3)의 영역에 대한 프리틸트는 분리 영역에서의 프리틸트보다 낮고, 바람직하게 전형적으로 2°및 20°사이일 수 있다. 하부 배향막(4)은 액티브 영역 및 분리 영역 모두에서 일정한 프리틸트를 갖고, 이 프리틸트는 바람직하게 45°미만이고 전형적으로 2°및 20°사이일 것이다.

도 3의 실시예에서, 상부 배향막(3)에는 높은 프리틸트의 영역이 제공되지만, 대안적으로 하부 배향막(4)이 트위스트-HAN 영역을 정의한 높은 프리틸트의 영역을 가질 수 있다. 이 경우에, 상부 배향막은 바람직하게 45°미만 그리고 전형적으로 2°및 20°사이의 일정한 프리틸트를 가질 것이다.

분리 영역(I)가 액티브 영역(A, A) 사이에 효과적인 분리를 제공하기 위해, 액티브 영역은 분리 영역에 의해 완전히 둘러싸이는 것이 바람직하다. 4개의 액티브 영역을 갖는 디바이스인 경우에 바람직한 분리 영역은 도 4a의 평면도에 도시되어 있다.

도 4a에 도시된 분리 영역은 상부 및 하부 배향막 중 하나를 도 4a에 도시된 분리 영역(I)에 대응하는 모양을 갖는 높은 프리틸트 영역을 제공하고, 액티브 영역에 대응하는 낮은 프리틸트 영역을 제공함으로써 생성될 수 있다. 배향막 중 다른 하나는 분리 영역 및 액티브 영역 모두에서 일정하며 낮은 프리틸트를 가질 것이다.

분리 영역(I)를 생성시키는 대안 방법은 모든 배향막에 대한 프리틸트를 변경시키는 것이다. 도 4b는, 분리 영역이 이와 같이 정의되는 발명의 수정 실시예를 도시한다. 도 4b에서의 분리 영역(I)은 복수의 분리 "서브-영역"으로 구성된 것으로 고려될 것이다. 분리 서브-영역(I₁, I₂및 I₃)은 상부 배향막에 대한 높은 프리틸트의 영역 및 하부 배향막에 대한 낮은 프리틸트의 영역으로 정의되는 한편, 분리 서브-영역(I₄내지 I₉)은 하부 배향막에 대한 높은 프리틸트의 영역 및 상부 배향막에 대한 낮은 프리틸트의 영역으로 정의된다. 유사하게, 도 4c에서 분리 서브 영역(I₁', I₂' 및 I₃')은 상부 기판상의 높은 프리틸트 영역 및 하부 기판상의 낮은 프리틸트 영역으로 정의되는 한편, 분리 서브-영역(I₄' 내지 I₉')은 하부 배향막상의 높은 프리틸트 영역 및 상부 배향막상의 낮은 프리틸트 영역으로 정의된다.

도 4a 내지 도 4c에서, 배향막(3, 4)의 배향 방향은 (평면에 직각인) 액티브 영역(A)의 경계에 실질적으로 평행하거나 수직이다.

지금부터, 본 발명에 따른 디바이스를 생성하는 하나의 방법이 도 5a 내지 도 5f를 참조하여 기술될 것이다. 이 방법에서, 하부 배향막은 닛산 화학 주식회사의 폴리이미드 RN-715(타입 0621)로 이루어진다. 이 재료의 비러빙층은 90°프리틸트를 제공하는 한편, 러빙은 프리틸트를 감소시킨다. 러빙 및 처리 조건에 따라, 프리틸트는 4°정도 낮게 감소될 수 있다.

NMP에 1:3 비율로 분해된 RN-715 폴리이미드의 층(13)은 ITO(12)로 코팅된 클린 유리 기판(11)상에서 회전되어 전극을 형성한다. 폴리이미드는 30초 동안 5krpm으로 기판상에서 회전되며, 이후에 2분 동안 90℃로 가열된 다음, 1시간 동안 250℃로 경화된다.

그 다음, 폴리이미드층(13)은 40초 동안 4.5krpm으로 포지티브 포토-레지스트(Shipley, Europe사의 포토-레지스트 Microposit^TMS1805 시리즈)의 층으로 코팅되어, 약 500㎚ 두께를 갖는 포토-레지스트 층을 제공한다. 그 다음, 포토-레지스트 층은 95℃에서 약 2분 동안의 소프트 베이크가 제공되어 솔벤트를 배기시킨다(도 5b 참조).

그 다음, 포토-레지스트 층(14)은 포토-레지스트 층의 선택적 부분을 조사함으로써 패터닝된다. 조사 단계는 6.9mW/㎠의 세기로 (365㎚의 피크 파장을 갖는) UV광에의 3.5초 동안의 노출을 포함한다. 이 조사 단계는 마스크 정렬로 이루어진 하드 콘택트 모드에서 UV-크롬 포토 마스트를 통해 실행된다. 그 다음, 포토-레지스트층은 현상기 Microposit^TM351 CD31을 사용하여 1분 동안 현상되어, UV광에 노출된 영역으로부터 포토-레지스트를 제거한다. 이는 포토-레지스트에 형성된 포토 마스크 패턴의 포지티브 재생이 남게 된다(도 5c 참조). 그 다음, 기판은 2분 동안 비이온화수로 완전히 헹구어져 노출된 포토-레지스트를 완전하게 제거한다. 이 헹굼 단계는, 임의의 나머지 포토-레지스트가 배향막의 미세한 정렬 품질에 영향을 미치기 때문에 바람직하다. 하드 베이크는, 포토-레지스트의 최종 제거에 손상을 입히는 경향이 있기 때문에 실행되지 않는다.

낮은 프리틸트의 평면 정렬은, 0.3의 파일(pile) 변형으로 3krpm로 회전하는 50㎚ 직경 로울러상에 러빙 천(YA-20-R)으로 그리고 20㎜/s의 순방향 속도로 3번 배향층을 러빙함으로써 폴리이미드 층(13)의 마스크되지 않은 영역에 도입된다(도 5d 참조).

그 다음, 나머지 포토-레지스트는 5개의 제2 UV 충만 노출에 의해 제거된다. 이는 마스크없이 마스크 정렬기를 사용하여 365㎚의 파장으로 6.9mW/㎠의 세기로 실행된다. 그 다음, 기판은 60초 동안 현상기 Microposit^TM351 CD31에 담구어진다. 그 다음, 기판은 비이온화수로 2분 동안 헹구어 질소 가스의 흐름으로 건조된다. 최종 배향층은 실질적으로 90°의 프리틸트를 갖는 호메오트로픽 영역(homeotropic regions)(15) 및 약 10°의 프리틸트를 갖는 평면 영역(16)을 포함한다(도 5e 참조).

분리 영역에 필요한 배향층의 패터닝된 프리틸트를 얻기 위한 대안 방법은 적절한 포토-배향층의 마스크된 조명일 수 있다.

그 다음, 제2 기판(17)에는 ITO 층(18) 및 균일하게 러빙된 RN-715 폴리이미드의 비-패터닝 층(19)이 준비된다. 이는 배향막상에 균일하며 낮은 프리틸트를 갖는 배향층을 생성할 것이다. 이는 도 5f에 도시된 바와 같이, 2㎛ 셀 갭을 갖는 액정 셀을 형성하기 위해 도 5e의 기판과 조합된다. 기판은, 상부 기판상의 배향막의 배향 방향이 하부 기판상의 배향막의 배향 방향에 평행하지 않도록 배치된다. 이와 같이 형성된 셀은 네마틱 액정 E7(Merck) 및 Chiral 도펀트 R1011의 도핑 혼합물로 채워진다. 전압이 액정 층 양단에 인가되지 않은 경우, 셀은 트위스티드-HAN 상태를 갖는 분리 영역에 의해 분리된, 180°트위스트 상태를 갖는 영역으로 구성된다.

상기 실시예에서, 분리 영역에서의 안정 상태는 트위스티드-HAN 상태이다.그러나, 본 발명은 분리 영역에서의 안정 상태가 트위스티드-HAN 상태인 디바이스로 한정되지 않는다. 예를 들면, 본 발명의 디바이스가 이방성 상태로부터 냉각되는 경우, 분리 영역내의 액정이 디바이스의 기판에 평행한 헬릭스의 축을 따라 균일하게 트위스티드 헬릭스 상태를 채택할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 전계가 균일하게 트위스티드 헬릭스 상태에서의 액정에 인가되면, 트위스티드-HAN로 변경하고 전계가 제거된 후에도 트위스티드-HAN 상태로 남게 될 것이다. 분리 영역이 (예를 들면 도 13a에 도시된) 인접한 전극들 사이의 갭과 일치하면, 분리 영역내의 액정층은, 전계가 액정층의 액티브 영역 양단에 인가되더라도 균일하게 트위스티드 헬릭스 상태로 남게될 것이다. 균일하게 트위스티드 헬릭스 상태가 안정한 분리 영역은 만족스러운 분리를 제공하는 것으로 밝혀졌다.

분리 영역에 적당한 다른 상태는 초점 원뿔 상태이다. 일부 액정 재료는 배향층의 비러빙된 부분상에 동일 방향으로 정렬하지 않는다. 대신에 이들은 다른 기판상의 정렬과 조합하여 초점 원뿔 액정 상태를 초래하는 높은 틸트를 갖는 랜덤한 평면 정렬을 채택한다. 이 상태에서, 액정은, 액정이 인접한 도메인 사이에서 랜덤하게 변하는 트위스트 방향을 따라 트위스티드 구성을 채택하는 도메인을 포함한다. 초점 원뿔 상태는 또한 인접한 액티브 영역 사이에 만족스러운 분리를 제공하는 것으로 밝혀졌다. 예로서, Merk의 액정 ZLI-4792는 RN715(닛산)의 비러빙된 배향층으로 사용되는 경우, 초점 원뿔 정렬은 동일 방향 정렬보다는 더 관찰된다.

상술된 분리 영역에 대한 모든 세가지 액정 상태는 분리 영역을 가로질러, 이를 통해 또는 이를 따라 향해진 트위스트축을 따라 트위스티드 구조를 갖는다.

상술된 디바이스에서, 상부 및 하부 기판상의 배향막의 배향 방향은 액티브 영역의 경계에 수직 또는 수평일 것이다. 그러나, 배향 방향은 액티브 영역의 경계에 수직 또는 수평일 필요는 없다. 도 6a 내지 도 6c는 배향 방향이 액티브 영역의 경계에 실질적으로 수평 또는 수직이 아닌 실시예들을 도시한다.

도 4a 내지 도 4c에 도시된 디바이스와 함께, 도 6a 내지 도 6c의 디바이스의 분리 영역은 하나의 기판 또는 모든 기판상에 배향막을 패터닝함으로써 제공될 수 있다.

도 6a에 도시된 디바이스에서, 분리 영역은 분리 영역의 소정의 모양에 대응하는 보다 높은 프리틸트 영역의 모양에 따라, 배향막 중 하나상에 높은 프리틸트 영역을 제공함으로써 얻어진다. 액티브 영역에 대응하는 배향막의 영역은 낮은 프리틸트를 갖는다. 배향막의 다른 하나는 그 전체 영역에 걸쳐 실질적으로 일정하며 낮은 프리틸트를 갖는다.

도 6b 및 도 6c는, 분리 영역이 높은 프리틸트의 영역에 모든 배향막을 제공함으로써 얻어진 도 6a의 실시예의 변형예를 도시한다. 서브 분리 영역(I₁및 I₂(도 6b)와 I₅', I₆', 및 I₇'(도 6c))은 상부 배향막상에 높은 프리틸트 영역 및 하부 배향막상에 낮은 프리틸트 영역을 제공함으로써 얻어지는 한편, 분리 영역(I₃, I₄및 I₅(도 6b)와 I₁', I₂', I₃', 및 I₄'(도 6c))은 하부 배향막상에 높은 프리틸트 영역 및 상부 배향막상에 낮은 프리틸트 영역을 제공함으로써 얻어진다.

본 발명은, 동작 상태가 0° 트위스트 상태 및 360°트위스트 상태인 BTN 액정 디스플레이 디바이스로 한정되지 않는다. 도 7a 내지 도 7c는, 본 발명이 동작 상태가 -90°트위스트 상태 및 270°트위스트 상태인 BTN 액정 디스플레이 디바이스에 적용되는 본 발명의 실시예를 나타낸다. 도 7a, 7b, 및 7c는 일반적으로, 도 7a 내지 도 7c의 실시예가 두 개의 액티브 영역만을 갖는다는 것을 제외하면 도 4a, 4b 및 4c에 도시된 실시예에 각각 대응한다.

도 7a의 실시예에서, 분리 영역(I)은 상부 및 하부 배향막 중 하나를 도 7a에 도시된 분리 영역(I)에 대응하는 모양을 갖는 높은 프리틸트 영역에 제공하고, 액티브 영역(A)에 대응하는 낮은 프리틸트 영역을 제공함으로써 얻어진다.

도 7b 및 도 7c의 실시예에서, 분리 영역(I)은 복수의 분리 "서브-영역"으로부터 형성된다. 분리 서브-영역 중 일부는 기판들 중 하나상에 높은 프리틸트 영역으로 한정되고, 다른 하나는 다른 기판상에 높은 프리틸트 영역으로 정의된다. 분리 서브-영역(I₁, I₂(도 7b)와 I₅' 내지 I₇'(도 7c))는 상부 배향막상에 높은 프리틸트의 영역으로 정의되는 한편, 분리 서브-영역(I₃내지 I₆(도 7b)와 I₁' 내지 I₄'(도 7c))은 하부 배향막상에 높은 프리틸트의 영역으로 정의된다.

도 8a 내지 8c는 도 7a 내지 7c에 대응하지만, 두 개의 준안정 동작 상태가 트위스트 각 Φ-π 및 Φ+π를 갖는 일반적인 경우를 나타낸다. 분리 영역은 도 7a 내지 7c에서의 대응하는 분리 영역과 동일한 방식으로 정의되므로, 추가 설명하지는 않을 것이다.

본 발명의 다른 실시예는 도 9a 및 9b에 도시되어 있다. 본 실시예에서, 분리 영역(I)은 트위스티드-HAN 상태가 안정한 영역에 의해서만 정의되지 않는다. 본 실시예에서, 분리 영역은, 첫 번째 트위스티드-HAN 상태가 안정한 영역 및 두 번째 물리적 월 또는 경계의 조합에 의해 정의된다. 물리적 월은 상부 기판 및 하부 기판 사이의 방향으로 연장하므로, 월의 다른 측상의 액정으로부터 월의 다른 측상의 액정을 분리시킨다. 바람직하게, 물리적 월은 인접한 액티브 영역들 사이에 보다 효과적인 분리를 제공하고 또한 월이 액정층의 두께를 한정한 스페이서로서 기능하도록 하기 때문에 상부 기판에서 하부 기판로 연장한다.

월(wall)의 단면 프로파일(cross-sectional profile)이 매우 작은 경사(gradient)를 가진다면, 그것을 따라 어느 점에서 두께는 인접한 액정 영역으로 핵생성이 가능한 희망하지 않는 상태를 안정화 시킬 수도 있고, 또한 상기 월에 의해 경계지어진 액티브(active) 영역내의 모든 액정을 희망하는 상태로 스위칭하기 어렵게 될 가능성이 있다. 상기 월을 따라 안정화되어 원하지 않는 안정 상태를 갖는 것의 추가적인 단점은 희망하지 않는 안정상태의 영역을 통해 빛이 누설될 수 있다는 것이다. 예를 들면, 360°트위스트(twist) 상태(블랙 상태, black state)가 될 때, 월을 따라서 안정화된 0°트위스트 상태의 임의의 영역들이 밝게 나타날 것이고, 이것은 디스플레이의 콘트라스트(contrast)를 감소시킬 것이다. 월을 따라 안정화된 원치 않는 안정 상태의 상기 영역들은 콘트라스트의 감소를 억제하기 위해 마스크(mask out)될 수 있으나 이것은 상기 디바이스의 개구비(aperture ratio)를 감소시킬 수 있다. 그러므로, 상기 월들은 선명하거나 또는 실질적으로 선명한 단면 프로파일을 갖는다.

도 9a의 실시예에서, 분리 영역은 2개의 물리적 월(physical wall)(W₁, W₂) 및 3개의 트위스트-HAN 분리 서브-영역(I₁, I₂, I₃)에 의해 형성된다. 이러한 분리 서브-영역 및 월은 결합하여 도 4a의 분리 영역과 동일한 형태를 갖는 분리 영역을 형성한다. 도 9b에서, 3개의 트위스트-HAN 분리 서브영역들은 재사용되나, (W'₁)에서 (W'₄)까지 4개의 물리적 월이 있다. (도 9b의 상기 실시예는 4개의 물리적 월을 가지나, 선택적으로 월(W'₁및 W'₂)이 연속적이고, 월(W'₃내지 W'₄)이 연속적인 것이 가능하다.) 분리 영역의 일부분을 정의하기 위하여 물리적 월을 사용하는 것의 이점은, 인접한 액티브 영역들 사이의 분리를 제공하는 것이외에, 액정 셀에 대한 보다 큰 물리적 강도를 제공하는 것이다. 또한 그것들은 큰 영역에 대해 균일한 셀 두께를 제공함으로서 상기 셀의 균일성(uniformity)을 향상시킨다. 또한 그것은 기판을 서로 분리하기 위하여 스페이서 볼(spacer ball)을 제공할 필요성을 없애고, 첫번째로 액티브 영역내의 스페이서 볼이 개구비를 감소시키고, 두번째로 스페이서 볼이 희망하지 않는 안정상태 및/또는 다른 동작상태에 대해 핵생성 사이트(nucleation site)로 작용하는 것이 관찰되어 왔기 때문에 이러한 것이 바람직하다.

도 9a 및 도 9b에 도시된 액정 디스플레이 디바이스에서, 액정 영역의 어떤 부분도 물리적 월들로 완전히 둘러싸지지 않는 것을 볼 수 있을 것이다. 이것은 본 발명이 액정 지역을 완전히 둘러싸는 물리적 월을 갖는 액정 디바이스를 채울 때 생성하는 어려움을 피할 수 있다는 것을 의미한다.

도 9a의 실시예에서, 1개 기판위의 배향막(alignment film)은 분리 서브영역(I₁, I₂, I₃)을 생성하기 위해 높은 프리틸트(pre-tilt)의 영역을 형성하도록 패턴되어진다. 그 후, 물리적 월(W₁, W₂)은 동일한 기판위에 상기 패턴된 배향막으로 형성되고, 상기 패턴된 배향막 상에 배치된다. 대조적으로, 도 9b의 실시예에서, 물리적 월(W'₁내지 W'₄)은 먼저 상기 기판중의 하나에 형성되고, 그 후 상기 패턴된 배향막이 월 구조 상에 형성된다. 이러한 정렬의 이점은 사용되는 특정 재료에 달려있다. 예를 들면, 소정의 월재료들은 배향층을 손상하는 공정들을 필요로 하고 따라서, 상기 배향층을 월위에 위치시키는 것이 유리하다. 반대로, 다른 월재료들은 상기 배향층위에 놓이도록 의도된다. 더구나, 배향층 및 물리적 월 모두 형성하기 위하여 소정의 재료가 사용될 수 있다.

상기 월을 형성하는 한 방법은 피. 티. 카즈라스 등 (P. T. Kazlas et al) (SID 97 Digest, p877)에 설명된다. 이것은 다우 케미컬 회사(Dow Chemical Company)에 의해 개발된 광으로 정의가능한 레진(photo-definable resin) BCB (벤조싸이클로부틴, benzocyclobutene) - 네거티브 이미지를 제공함 (즉, 공정진행후 UV광에 노출된 레진의 영역이 잔류함) -을 사용한다.

또한 포지티브 포토레지스트(positive photoresist) - 현상(development)한 후 노출된 영역이 제거됨 - 를 사용하는 방법으로 상기 월을 만들 수 있다. 이러한 방법으로 2㎛의 높이를 갖는 월을 만들기 위해서, 1 파트(part)의 EC 솔벤트에 대해 부피로 5 파트가 용해된 (모두 유럽의 쉬프리(Shipley)에서 입수 할 수 있음) 마이크로포지트^TM(Microposit^TM) S1828 시리즈 포지티브 포토레지스트의 용액이 개방형 바울 스피너(open bowl spinner)에서 4 krpm의 속도로 40초동안 기판위에 스핀코팅된다. (폐쇄형 바울 스피너(closed bowl spinner)에서는 속도감소가 필요하다.) 이것은 약 2.1㎛의 두께 층이 형성된다. 그 후 상기 층은 솔벤트를 증발시키기 위해 약 2분동안 95℃에서 소프트 베이크(soft bake)한다.

그 후 포토레지스트는 칼 수스 마스크 정렬디바이스(Karl Suss mask aligner)의 진공 접촉 모드(vacuum contact mode)에서 UV-크롬 포토마스크를 통해 6.9㎽/㎠의 강도(intensity) 및 365㎚의 파장을 갖는 UV광에 노출된다. 상기 노출단계의 시간은 6초이다. 그 다음, 포토레지스트는 노광단계에서 노출된 상기 영역으로부터 포토레지스트를 제거하기 위하여 현상디바이스(developer) 마이크로포지트^TM351 CD31내에서 1분동안 현상된다. 그 후 상기 기판은 이온이 제거된 물(de-ionised water)에서 2분동안 완전히 세척된다.

상기 기판은 그 다음, 이프롬 이레이져 (Eprom Eraser)내에서 60분의 딥 UV 큐어(Deep UV cure) 과정을 거친 후 적어도 1시간동안 250℃에서 하드 베이크(hard bake)된다. 이것은 잔류하는 포토레지스트 특성중에서 물리적, 화학적 내성(resistance)을 증가시킨다. 이러한 단계동안에 포토레지스트의 열적 유동이 생성하고 이것은 월의 높이를 약 2㎛까지 감소시킨다.

2㎛와 다른 높이를 갖는 월을 얻기 위해서는 포토레지스트의 스피닝 (spinning) 조건 및 가능하면, 포토레지스트의 농도를 원하는 월의 두께가 주어지도록 변화시켜야 한다.

도 9c 및 도 9d에 다른 실시예가 도시되어 있다. 이러한 실시예에서, 물리적 월은 상기 기판중 하나에 배치되고, 이 기판은 패턴되지 않은 배향막과 함께 구비된다. 다른 기판위의 배향막은 분리 서브-영역(I₁, I₂, I₃(도 9c)와 I'₁, I'₂, I'₃)(도 9d))을 생성하기 위해 높은 프리틸트의 영역을 제공하도록 패턴된다. (도 9d의 상기 실시예가 4개의 물리적 월을 가지나, 선택적으로 월(W'₁및 W'₂)이 연속적이고, 월(W'₃내지 W'₄)이 연속적인 것이 가능하다.)

도 9a 내지 9d에서 상부 및 하부 기판 모두에 대한 배향막의 배향 방향은 물리적 월의 방향과 평행하다. 그러나, 이것은 필수적인 특성은 아니다. 도 10a 내지 도 10d은 배향막의 배향 방향이 물리적 월보다는 상기 트위스트-HAN 영역의 방향과 평행하는 것을 제외한, 본 발명의 추가적인 실시예 - 실시예들은 일반적으로 도 9a 내지 9d의 상기 실시예에 대응됨 - 를 도시한다. (도 10b 및 10d의 상기 실시예가 4개의 물리적 월을 가지나, 선택적으로 월(W'₁및 W'₂)이 연속적이고, 월(W'₃내지 W'₄)이 연속적인 것이 가능하다.)

도 11a 내지 도 11c는 한 기판위의 배향막의 배향 방향이 준안정(metastable) 동작 상태가 -90°및 270°트위스트 상태인 것과 같이 다른 기판위의 배향막의 배향 방향과 직교되는 것을 제외하면, 일반적으로 각각 도 9a, 9c 및 9d의 실시예와 비슷하다. 도 11a의 실시예에서, 트위스트-HAN 분리 서브-영역 및 물리적 월을 정의하는 높은 프리틸트의 영역이 동일한 기판위에 구비된다. 대조적으로, 도 11b 및 11c에서, 물리적 월은 한 기판위에 구비되고 높은 프리틸트 영역을 갖는 상기 패턴된 배향막이 다른 기판위에 구비된다. 이러한 실시예들은 일반적으로 도 9a, 9c 및 9d의 실시예와 비슷하기 때문에, 더 이상 설명하지 않을 것이다. (도 11c의 상기 실시예가 4개의 물리적 월을 가지나, 선택적으로 월(W'₁및 W'₂)이 연속적이고, 월(W'₃내지 W'₄)이 연속적인 것이 가능하다.)

도 12a 내지 12c는 도 11a 내지 11c에 각각 대응되나 2개의 준안정 상태들이 Φ-π° 및 Φ+π°의 트위스트 각을 갖는 일반적인 경우와 관련있다. (도 12c의 상기 실시예가 4개의 물리적 월을 가지나, 선택적으로 월(W'₁및 W'₂)이 연속적이고, 월(W'₃내지 W'₄)이 연속적인 것이 가능하다.)

도 13a 및 도 13b는 행(row) 및 열(column) 전극(9, 10)과 본 발명에 따른 액정 디바이스내의 분리 영역사이의 가능한 관계를 도시한다.

도 13a의 평면도에 도시된 디바이스에서, 분리 영역(I)은 인접한 행 전극들 사이의 갭(gap) 및 인접한 열 전극들 사이의 갭이 상기 분리 영역과 일치되도록 배열된다. 이러한 배열은 디바이스의 개구비를 최대화한다.

도 13b는 다른 실시예를 도시한다. 이 실시예에서, 인접한 행 전극들 사이의 갭은 다시 분리 영역과 일치한다. 그러나, 인접한 열 전극들 사이의 갭은 분리 영역과 완전히 일치하지 않는다.

도 13b에서, 행 전극(9)은 기판(1) 위에 위치한다. (도 13b에 하부 기판) 그리고, 열 전극(10)은 기판(2)위에 위치한다 (도 13b에 상부 기판). 액정영역의 액티브 영역은 행 전극이 배치된 기판의 러빙(rubbing) 방향에서, 실질적으로 행전극과 평행하게 변위된다(displace). 액정디바이스의 액티브 영역의 일부분 - 즉, 동작 상태들 사이에서 스위칭 가능한 영역 - 은 열 전극들 사이의 갭과 일치하고, 그 결과 스위칭되지 못하며, 이것은 디바이스의 개구비를 약간 감소시킨다. 그러나, 스위치되지 않는 액티브 영역의 상기 부분은 양호한 분리 영역으로 작용하는 것으로 나타났다. 도 13b에 도시된 상기 타입(type)의 배열은 전극 사이(inter-electrodes) 갭이 분리 영역으로 등록되는 도 13a의 배열보다 큰 분리를 제공한다.

다른 실시예(도시되지 않음)에서, 인접한 열 전극들 사이의 갭은 분리 영역(I)과 일치하나 인접한 행 전극들 사이의 갭은 분리 영역(I)과 완전히 일치하지 않는다. 액정 영역의 액티브 영역은 열 전극이 배치된 기판의 러빙 방향에서, 열 전극에 대해 실질적으로 평행하게 변위된다.

다른 실시예(도시되지 않음)에서, 인접한 행 전극들 사이의 갭 및 인접한 열 전극들 사이의 갭은 모두 분리 영역(I)과 완전히 일치하지 않는다. 액정 영역의 액티브 영역은 열 전극이 배치된 기판의 러빙 방향에서, 열 전극에 대해 실질적으로 평행하게 변위되고, 또한 행 전극이 배치된 기판의 러빙 방향에서, 행 전극에 대해 실질적으로 평행하게 변위된다.

도 14는 본 발명의 추가적인 실시예에 따라 BTN LCD의 기판의 방위를 도시하는 개략도이다. 이 디바이스에서, 안정된 동작 상태는 -90° 및 270° 트위스트 상태이다. 이 디바이스는 상부 및 하부 기판에 대한 배향 방향들 사이의 각도 Φ가 90°가 되는 것을 요구한다. 도 14에서, 분리 영역은 물리적 월 및 분리 서브-영역의 조합에 의해 정의된다. 도 14에 도시된 것과 같이, 물리적 월을 한 기판위에 위치시키고 분리 서브-영역을 다른 기판위에 위치시키는 것은 각 기판에 제공된 특징들이 기판의 러빙방향에 대해 평행이 되게 한다. 기판에 제공된 상기 특징들에 의해 상기 러브(rub)의 새도우잉(shadowing)을 감소시키기 때문에 이러한 특징은 이점이 되며, 기판에 대해 균일한 프리틸트를 유지하도록 지원한다.

따라서, 도 14의 실시예에서 물리적 월 W는 하부 기판(2)위에 배치되고 하부 기판의 러빙 방향에 대해 일반적으로 평행하게 확장된다. 분리 영역은 상부 기판위에 구비되고 상부 기판의 러빙 방향에 대해 평행하게 확장된다. 상부 기판이 제조될 때, 포토레지스트 마스크를 구성하는 포토레지스트의 스트립(strip)(S)은 (예를 들면, 도 5c의 방법에 의해 제작되는 것과 같이) 일반적으로 상부 기판(1)의 러빙 방향에 대해 평행하게 확장된다. (포토레지스트의 스트립(S)은 물론 상부 기판을 러빙하는 단계이후에 제거되고 최종 디바이스에는 포함되지 않는다.)

본 발명이 소정의 특정한 실시예를 참고로 하여 설명되었으나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않는다. 본 발명은 2개 또는 4개 액티브 영역을 갖는 디바이스에 한정되지 않고, 임의의 수의 액티브 영역을 갖는 디바이스에 적용될 수 있다.

상술한 실시예에서, 분리 영역은 액티브 영역의 각각을 완전히 둘러싸고 그 결과 한 액티브 영역을 다른 액티브 영역으로부터 완전히 분리한다. 그러나, 일반적으로, 분리 영역이 2개의 액티브 영역을 완전히 분리하지 않는 것이 가능하다.이러한 타입의 분리 영역은 분리 영역이 제공되지 않는 디바이스에 대해 소정의 이점을 제공하나, 이것은 액티브 영역사이의 개선된 분리를 제공하기 때문에 분리 영역이 액티브 영역을 완전히 둘러싸는 것이 바람직하다.

분리 영역이 물리적 월들의 조합 및 트위스트-HAN 상태가 안정화된 영역들에 의해 정의되는 부분에서는 물리적 월이 상기 트위스트-HAN 영역에 대해 항상 수직일 필요는 없다. 물리적 월 및 적당한 분리 영역을 정의하는 트위스트-HAN 영역의 임의의 조합이 사용될 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 이것은 액정 물질로 액티브 영역을 채우기 어렵기 때문에 액티브 영역은 물리적 월에 의해 완전히 둘러싸지지 않는 것이 바람직하다.

본원 발명의 쌍안정 트위스티드 네마틱 액정 디스플레이 디바이스는 제1 및 제2 액티브 액정 영역들(A) 사이에 분리 영역(I)을 제공함으로써, 원하지 않는 상태가 핵생성하여 액티브 영역 안으로 성장하는 것을 방지하거나, 또한 하나의 액티브 영역 내의 상태가 다른 액티브 영역 안으로 성장하는 것을 방지할 수 있다.

Claims (18)

1. 쌍안정 트위스티드 네마틱(BTN) 액정 디스플레이 디바이스에 있어서,

   제1 및 제2 액티브 액정 영역과, 상기 제1 액티브 액정 영역과 상기 제2 액티브 액정 영역 사이에 구비된 분리 영역을 포함하고, 상기 제1 및 제2 액티브 액정 영역의 각각은 제1 액정 상태와 제2 액정 상태 사이에서 스위칭 가능하고, 상기 분리 영역은 제3 액정 상태가 안정된 영역을 포함하고, 상기 액정 디스플레이 디바이스는, 제1 및 제2 기판과, 상기 제1 및 제2 기판의 각각에 배치된 제1 및 제2 배향막과, 상기 제1 및 제2 기판 사이에 배치된 BTN 액정 재료를 더 포함하되, 상기 제1 및 제2 배향막 중 하나의 배향막의 배향 조건은 상기 분리 영역과 상기 액티브 액정 영역들 사이에서 다른 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
2. 제1항에 있어서, 상기 제3 안정 액정 상태는 트위스티드-HAN 상태(twisted-HAN state)인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
3. 제1항에 있어서, 상기 제3 안정 액정 상태는 균일한 트위스티드-헬릭스 상태(uniform twisted helix state)인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
4. 제1항에 있어서, 상기 제3 안정 액정 상태는 초점 원뿔 구성(focal conic texture)인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 안정 상태는 (Φ-π)˚ 트위스트 상태 및 (Φ+π)˚ 트위스트 상태인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
6. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 안정 상태는 0˚ 트위스트 상태 및 360˚ 트위스트 상태인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
7. 제5항에 있어서, 상기 제1 및 제2 안정 상태는 -90˚ 트위스트 상태 및 270˚ 트위스트 상태인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
8. 삭제
9. 제1항에 있어서, 상기 하나의 배향막은 상기 분리 영역에서보다 상기 액티브 영역들에서 낮은 프리틸트(pre-tilt)를 갖는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
10. 제9항에 있어서, 상기 하나의 배향막은 상기 분리 영역에서 실질적으로 90˚의 프리틸트를 생성하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
11. 제9항에 있어서, 상기 하나의 배향막은 상기 분리 영역에서 랜덤하게 지향된 높은 프리틸트를 생성하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
12. 제1항에 있어서, 상기 하나의 배향막은 상기 액티브 영역들에서 45˚ 미만의 프리틸트를 생성하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
13. 제1항에 있어서, 상기 하나의 배향막은 상기 액티브 영역들에서 2 내지 20˚범위의 프리틸트를 생성하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
14. 제1항에 있어서, 상기 분리 영역은 제1 및 제2 분리 서브-영역을 포함하고, 상기 제1 분리 서브-영역은 하나의 배향막 상의 배향 조건들에 의해 생성되며, 상기 제2 분리 서브-영역은 다른 배향막 상의 배향 조건들에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
15. 제14항에 있어서, 상기 제1 분리 서브-영역은 상기 하나의 배향막 상의 높은 프리틸트 영역에 의해 생성되고 상기 제2 분리 서브-영역은 상기 다른 배향막 상의 높은 프리틸트 영역에 의해 생성되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
16. 제1항에 있어서, 상기 분리 영역은 상기 디바이스의 상기 제1 기판과 상기 디바이스의 상기 제2 기판 사이에 연장되는 월(wall)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
17. 제16항에 있어서, 상기 월은 상기 제1 기판으로부터 상기 다른 기판으로 연장되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.
18. 제1항에 있어서, 상기 분리 영역을 상기 기판들 중 하나의 기판 상에 투영한 것(projection)은 상기 제1 및 제2 액티브 영역들 중 적어도 한 영역을 상기 기판들 중 상기 하나의 기판 상에 투영한 것을 완전히 둘러싸는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 디바이스.