KR0153035B1 - 액정표시소자 및 그의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따르면, 표시 매체층이 TFT 기판과 대향 기판 사이에 끼워진다. 상기 표시 매체층에서는, 복수의 구획된 전극이 형성되는 영역 이외에 수지벽이 각각 형성되고, 상기 액정부는 상기 구획된 전극이 형성되는 영역에 대응하는 각각의 수지벽 사이의 영역들에 형성된다. 상기 수지벽과 액정 영역들 사이의 계면상에 디스클리네이션 라인이 형성된다. 액정 표시 장치에 있어서, 액정 영역의 액정 분자는 방사상으로 배향되며 적어도 하나의 액정 도메인이 각 액정 영역에 형성된다.

Description

액정 표시 소자 및 그의 제조 방법

제1도는 본 발명에 의한 실시예 1의 액정 표시 소자의 단면도.

제2도는 제1도에 도시된 액정 표시 소자의 제조에 사용되는 포토마스크의 평면도.

제3도는 제1도에 도시한 액정 표시 소자의 한 화소를 편광 현미경으로 관찰한 평면도.

제4도는 제1도에 도시한 액정 표시 소자의 한 화소에 있어서 전압의 인가시 발생되는 디스클리네이션 라인(disclination line)의 상태도.

제5도는 본 발명의 변형예에 의한 액정 표시 소자를 편광 현미경으로 관찰한 평면도.

제6도는 본 발명의 한 실시예에 있어서의 액정 분자의 배향 상태를 도시한 평면도.

제7도는 본 발명의 한 실시예에 있어서의 액정 분자의 다른 배향 상태를 도시한 평면도.

제8도는 액정 표시 소자의 한 화소의 평면도.

제9도는 본 발명에 의한 액정 표시 소자의 시각 특성을 나타낸 그래프.

제10도는 종래 TN 액정 표시 소자의 시각 특성을 나타낸 그래프.

제11도는 본 발명에 의한 실시예 2에 사용된 컬러 필터를 갖는 대향 기판의 평면도.

제12도는 본 발명에 의한 실시예 2에 사용된 블랙 마스크를 갖는 TFT 기판의 평면도.

제13도는 본 발명에 의한 실시예 2의 액정 표시 소자의 광선 투과율과 △nㆍd 특성간의 관계를 나타낸 그래프.

제14도는 본 발명에 의한 실시예 2의 액정 표시 소자에서 3파장의 광에 대해 광선 투과율에 대한 △nㆍd 특성의 의존성을 나타낸 그래프.

제15도는 본 발명에 의한 실시예 2의 광선 투과율에 대한 액정 표시 소자의 트위스트각의 의존성을 나타낸 그래프.

제16도는 본 발명에 의한 실시예 2에 사용된 포토마스크의 평면도.

제17도는 본 발명에 의한 실시예 2에 있어서 액정 표시 소자의 화소 전극 영역의 평면도.

제18도는 비교예 2에 사용된 포토마스크의 평면도.

제19도는 비교예 2에서 제조된 액정 표시 소자의 화소 전극 영역의 평면도.

제20도는 구성예 10에 사용된 포토마스크의 평면도.

제21도는 본 발명에 의한 실시예 4에서 액정 표시 소자의 광선 투과율에 대한 △nㆍd 특성의 의존성을 나타낸 그래프.

제22도는 본 발명에 의한 실시예 4에서 액정 표시 소자의 광선 투과율에 대한 △nㆍd 특성의 의존성을 나타낸 그래프.

제23도는 본 발명에 의한 실시예 4에 있어서 액정 표시 소자의 광선 투과율에 대한 트위스트각의 의존성을 나타낸 그래프.

제24도는 본 발명에 의한 실시예 5에 사용된 컬러 필터를 갖는 대향 기판의 개략도.

제25도는 본 발명에 의한 실시예 5에 사용된 블랙 마스크를 갖는 기판의 개략도.

제26(a)도 및 제26(b)도는 본 발명에 의한 실시예 5에 사용된 자외선 커트 필터의 분광 투과 특성을 나타낸 그래프.

제27(a)도는 전압 유지율을 측정하는 측정 장치를 도시한 블록도, 제27(b)도 내지 제27(d)도는 신호도.

제28도는 구성예 24에 사용된 플라스틱 기판의 광학 특성을 나타낸 그래프.

제29(a)도는 본 발명에 의한 실시예 6에 있어서 액정 표시 소자의 화소 부분을 도시한 도면, 제29(b)도는 상기 화소 부분의 구조를 설명하기 위한 도면.

제30(a)도 내지 제30(d)도는 본 발명에 의한 실시예 6에 있어서 액정 표시 소자의 액정 영역의 각 부분에서의 배향 상태를 도시한 개략도.

제31(a)도 내지 31(d)도는 본 발명에 의한 실시예 6에 있어서 액정 표시 소자의 액정 영역의 각 부분에서의 배향 상태를 도시한 개략도.

제32(a)도 및 제32(b)도는 본 발명에 의한 실시예 6의 액정 표시 소자에서의 액정 영역의 편광 현미경에 의한 관찰도.

제33(a)도 내지 제33(c)도는 본 발명에 의한 방법의 중합 과정에서 외장 효과의 설명도.

제34도는 구성예 25에 사용된 포토마스크의 평면도.

제35도는 구성예 25에서 제조된 액정 표시 소자의 슐리렌 모양을 도시한 도면.

제36도는 구성예 25에서 제조된 액정 표시 소자의 전기 광학 특성을 나타는 그래프.

제37도는 디스클리네이션 라인을 억제하기 위한 원리를 도시한 도면.

제38(a)도 및 제38(b)도는 디스클리네이션 라인이 형성되는 상태를 도시한 도면.

제39도는 구성예 27에 사용된 포토마스크의 평면도.

제40(a)도 및 제40(b)도는 구성예 27에서 제조된 액정 표시 소자의 관찰 결과를 나타낸 도면.

제41(a)도 내지 제41(c)도는 액정 표시 소자의 액정 분자의 배향의 추정에 사용되는 도면.

제42(a)도 및 제42(b)도는 구성예 28에서 제조된 액정 표시 소자의 관찰 결과를 나타낸 도면.

제43(a)도 내지 제43(c)도는 구성예 28에서 제조된 액정 표시 소자의 관찰 결과를 나타낸 도면.

제44(a)도 및 제44(b)도는 구성예 28에서 제조된 액정 표시 소자의 액정 분자의 배향을 추정하기 위해 사용되는 도면.

제45도는 구성예 29에서 제조된 액정 표시 소자의 화소 부분을 나타낸 평면도.

제46도는 본 발명에 의한 실시예 8에 있어서 포토마스크의 각 차광부의 크기를 도시한 도면.

제47도는 본 발명에 의한 실시예 8에 사용된 포토마스크의 평면도.

제48도는 본 발명에 의한 실시예 8에서 제조된 액정 표시 소자의 화소부의 평면도.

제49(a)도 및 제49(b)도는 본 발명에 사용가능한 포토마스크예와 얻어진 액정 영역을 각각 도시한 도면.

제50도는 본 발명에 사용가능한 포토마스크예와 얻어진 액정 영역을 도시한 도면.

제51(a)도 내지 제51(c)도는 종래 액정 표시소자의 액정 분자의 행동을 도시한 단면도.

제52(a)도 내지 제52(c)도는 본 발명에 의한 액정 표시 소자의 액정 분자의 행동을 도시한 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 액정 표시 소자 2,3 : 유리 기판

4: 전극 5 : 스위칭 소자

6 : 유기 박막 7 : 대향 전극

8 : 블랙 마스크 9 : 평활막

10 : 컬러 필터 11 : 유기 박막

12 : TFT 기판 13 : 대향 기판

14 : 표시 매체층 15 : 포토 마스크

16 : 수지벽 17 : 액정 영역

18 : 디스클리네이션 라인 19,20 : 차광부

본 발명은 액정 표시 소자 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히, 액정 영역이 고분자 재료로 둘러싸인(partitioned) 구성의 표시 매체를 갖는 액정 표시 소자 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래, 전기 광학 효과를 이용한 표시 소자로서, 네마틱 액정을 이용한 액정 표시 소자가 사용되고 있다. 이러한 액정 표시 소자의 예로는 TN(트위스티드 네마틱) 액정 표시 소자 및 STN(수퍼 트위스티드 네마틱) 액정 표시 소자가 있다. 또한, 강유전성 액정을 이용한 액정 표시 소자도 제안되어 있다. 이러한 액정 표시 소자는 한쌍의 유리 기판 사이에 네마틱 액정 또는 스멕틱 액정이 제공되고, 이 한쌍의 유리 기판은 2매의 편광판 사이에 위치한다.

또한, 전기 광학 효과를 이용한 표시 장치로서, 상기 편광판을 사용하는 대신에 광의 산란 현상을 이용한 액정 표시 소자가 알려져 있다. 이러한 액정 표시 소자는 동적 산란(DS) 모드 및 상전이(PC) 모드를 이용한다.

최근, 배향 처리를 요하지 않는 액정 표시 소자가 제안되어 있다. 이러한 액정 표시 소자는 액정의 복굴절성을 이용하여 투명 상태 및 불투명 상태를 전기적으로 제어한다. 특히, 이러한 액정 표시 소자에 있어서는 정상광에 대한 액정 분자의 굴절율과 액정을 지지하는 지지 매체의 굴절율이 일치된다. 이에 따라, 전압의 인가시에는 액정 분자가 배향되어 투명 상태가 표시되는 반면, 전압의 무인가시에는 액정 분자의 배향이 산란되어 광산란 상태가 표시된다. 구체적인 방법으로, 일본 특표소(Japanese National Publication) 제61-502128호에는 액정과 광중합성 또는 열경화성 수지를 혼합하고 수지를 경화함으로써 액정을 석출시키고, 수지중에 액정적(liquid crystal droplet)을 형성시키는 방법이 개시되어 있다.

일본 특개평 제4-338923호 및 제4-212928호에는, 개선된 시야각 특성을 갖는 편광판을 사용한 액정 표시 소자, 즉, 각각의 편광방향이 직각으로 교차하도록 배치된 편광판 (이하, 직교 편광판이라 함) 사이에 위치한 고분자 분산형 액정 표시 소자가 개시되어 있다. 이러한 종래 기술의 액정 소자는 시야각 특성의 개선 효과는 크나, 원리적으로 산란에 의한 편광의 해소 현상을 이용하기 때문에 액정 소자의 밝기가 TN형의 액정 표시 소자에 비해 1/2로 낮다. 따라서, 이용 범위가 좁다.

또한, 일본 특개평 제5-27242호는 액정의 배향 상태를 고분자의 벽 또는 돌기물에 의해 산란시켜, 랜덤 도메인을 형성하여 시야각 특성을 개선하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 이 방법에 따르면, 액정 도메인은 랜덤하게 형성되고 화소 부분에도 고분자 재료가 진입하며, 또한, 액정 도메인간에 디스클리네이션이 랜덤하게 다수 발생하여 전압의 인가시에도 소멸되지 않는다. 이러한 이유에 의해, 종래 기술의 액정 표시 소자는 콘트라스트가 낮으며, 전압의 무인가시에 광선 투과율이 낮은 문제가 있다. 즉, 전압 인가시에 블랙 레벨이 만족스럽지 못하다.

따라서, 종래의 편광판을 이용한 액정 표시 소자는 시야각 특성이 나쁘기 때문에, 광시야각용의 액정 표시 소자로 사용하기에는 부적합하다. 예컨대, TN 액정 표시 소자는 전압의 인가시 액정 분자들이 동일한 방향으로 기립하도록 배향 처리된다. 즉, 상기 TN 액정 표시 소자는 액정 분자의 초기 배향이 90도 트위스트되고, 소정 각도, 즉, 프리틸트각의 한방향으로 기립하는 구조를 갖는다. 이는 제51(a)도 내지 제51(c)도에 도시한 바와 같이, 액정 분자들이 기립하도록 그레이 스케일 표시를 행할 때, 동일 방향으로 액정 분자들이 경사지도록 한다. 이 때문에, 제51(b)도에 나타낸 바와 같이, A 방향과 B 방향에서 액정 분자를 본 경우, 겉보기 굴절율이 다르게 된다. 이에 따라, 상기 A, B 방향에서 본 경우의 콘트라스트차가 크게 다르게 되어 흑백 또는 색상의 반전 등의 표시 이상이 발생하는 경우도 있다.

이와 같이, 상술한 종래의 액정 표시 소자는 시야각 특성이 불량한 단점이 있다.

편광판을 사용한 액정 표시 소자를 제조하는 다른 방법이 제안되어 있다. 이 방법에 의하면, 우선 액정과 광중합성 고분자 재료의 혼합물을 한쌍의 기판사이에 제공한다. 다음, 포토마스크를 사용하여 소정의 패턴으로 상기 혼합물에 광을 조사한다. 이 때, 상기 액정은 규칙적으로 상기 고분자 재료로부터 상분리된다. 제52(a)도 내지 제52(c)도에 도시된 바와 같이, 상기 소자에 전압이 인가되면, 액정 분자가 고분자와 반응하여 액정 분자가 각 방향으로 벽을 따라 기립한다. 이 때문에, 겉보기 굴절율이 제52(b)도에서의 A 및 B 방향과 거의 같게 되어 시야각 특성을 개선시킨다.

시야각 특성을 가장 효과적으로 개선시키기 위해서는 각 화소의 액정 분자들이 축에 대해 대칭으로 배향되어야 한다. 그러나, 이 축대칭 배향은 화소의 중앙부에 고분자의 벽 또는 기둥 등이 필요하게 되어, 사실상 액정 영역을 감소시키고 전압 무인가시에 광선 투과율이 감소하는 것과 같은 실제적인 문제가 있다. 또한, 액정 도메인간의 디스클리네이션 라인을 제어할 수 없어 전압인가시에도 디스클리네이션 라인을 소멸시킬 수 없게 되며, 그로 인해 표시 품위가 저하된다. 또한, 디스클리네이션 라인을 소멸시키기 어렵기 때문에 콘트라스트가 저하하여 표시 품위가 떨어진다.

본 발명의 액정표시장치는, 기판중 적어도 하나가 투명하고, 각각이 표시의 단위인 복수의 화소를 각각 정의하는 2매의 기판; 및 상기 2매의 기판사이에 형성되고, 고분자 재료로된 지지매체와, 상기 지지매체에서 상기 고분자 재료로 형성되는 지지벽에 의해 둘러싸이고, 상기 복수의 화소영역의 각각의 크기에 상당하는 크기를 각각 갖는 복수의 액정 영역에 각각 충전되어 있는 액정을 갖는 표시 매체층을 구비하며, 상기 복수의 액정 영역에 충전되어 있는 액정 분자는 상기 기판의 표면과 평행한 가상평면내에서 축대칭으로 배향되고, 상기 복수의 액정 영역의 각각에는 적어도 하나의 액정 도메인이 배치되어 있다.

본 발명의 일 실시 양태에 있어서, 상기 복수의 액정 영역의 각각에 하나의 액정 도메인이 배치되어 있다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 복수의 액정 영역의 각각에 복수의 액정 도메인이 배치되고, 각 도메인내의 액정 분자는 각각 축대칭으로 배향되며, 각 도메인의 외측에는 상기 고분자 재료로 형성되는 지지벽이 존재한다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 2매의 기판 표면상에 유기 재료 및 무기 재료로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 재료로 된 박막이 제공되어 있다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 2매의 기판은 편광판 사이에 끼워져 있다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 액정의 굴절율 이방성 △n과 상기 기판들간의 셀 두께 d의 곱 △nㆍd는 300~650 nm의 범위에 있다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 액정을 상기 2매의 기판사이에 주입할 때 상기 2매의 기판간의 액정의 트위스트각이 45~150°의 범위에 있다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 액정은 20℃에서의 점도 μ가 50 mPaㆍs 이하이고, 유전율이방성 △가 +3(1 kHz)이상이다.

본 발명의 다른 실시양태에 있어서, 상기 액정은 액정의 광선 투과율이 초기 상태에서 90%로 변화할 때의 TN셀에서, 25℃에서의 전압-광선 투과율 특성에서 전압 V₁₀이 2V 이하인 조건을 만족한다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 액정의 굴절율 이방성 △n과 상기 기판들간의 셀 두께 d의 곱 △nㆍd가 1000~1400 nm의 범위에 있고, 셀 중에 존재하는 액정의 트위스트각이 45~150°의 범위에 있다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 액정의 굴절율 이방성 △n과 상기 기판들간의 셀 두께 d의 곱 △nㆍd가 550~800 nm의 범위에 있고, 셀 중에 존재하는 액정의 트위스트각이 240~300°의 범위에 있다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 지지벽이 상기 2매의 기판의 각각에 달하고 있다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 화소내에 존재하고 있는 액정 영역의 배향의 중심축이 적어도 한쪽의 기판에 대해 직교하고 있다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 전압의 인가시 디스클리네이션 라인이 액정 영역의 주위에 형성된다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 액정 영역내의 액정 분자들이 기판들의 표면과 평행하도록 축대칭으로 배향되고, 액정 영역의 배향 중심축이 기판에 수직 방향으로 배향되며, 지지벽의 고분자 재료가 상기 중심축에 대해 대칭으로 배향되어, 전압의 인가시 디스클리네이션 라인이 액정 영역에 형성되지 않는다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 액정 영역내의 액정 분자가 기판의 표면과 평행하게 되도록 축대칭으로 배향되고, 액정 영역의 배향 중심축이 기판에 대해 수직 방향으로 배향되며, 지지벽의 고분자 재료가 한 방향으로 배향되어, 이에 따라 전압 인가시에 디스클리네이션 라인이 액정 영역내에 형성되지 않는다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 액정 영역내의 기판과 액정 영역간에 존재하고 있는 고분자가 액정 영역의 배향의 중심축에 대해 축대칭인 프리틸트각을 가지며, 이에 따라 전압 인가시에 디스클리네이션 라인이 액정 영역내에 형성되지 않는다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 액정 분자가 방사상으로 배향되어 있는 도메인의 중심부에 대응하도록 블랙 마스크가 기판들 중 한쪽에 제공되어 있다.

본 발명의 다른 양태에 있어서, 본 발명의 액정 표시 소자의 제조 방법은, (1) 그중 적어도 한쪽이 투명한 2매의 기판 사이에 액정 화합물 및 광중합성 화합물을 포함하는 혼합물을 제공하는 단계; 및 (2) 상기 2매의 기판사이의 혼합물에, 소정의 조사 강도 분포를 갖는 광을 조사하여, 이 혼합물에 그의 중합 반응에 따른 상분리를 일으키고, 수지로 된 지지벽과 액정을 균일하게 분포시키는 단계를 포함한다.

본 발명의 한 실시 양태에 있어서, 광중합 개시제가 상기 혼합물에 첨가된다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 공정 (2)에서, 상기 지지벽과 액정의 균일 분포는 상기 2매의 기판에 의해 정해지는 복수의 화소의 정렬 피치에 대응하도록 결정된다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 공정 (2)에서, 지지벽에 의해 둘러싸인 액정 분자가 기판의 표면과 평행한 가상 평면내에서 축대칭으로 배향되도록 하기 위한 배향 처리 공정을 포함한다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 액정 분자의 축대칭 배향의 중심부에 대응하는 차광칩을 상기 2매의 기판중 하나의 기판상에 형성하는 공정을 포함한다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 혼합물에 파장 300 nm 이하의 단파장영역의 자외선 성분이 차단된 상태로 균일한 조사 강도 변화를 갖는 광을 조사한다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 단파장 영역의 자외선 성분을 자외선 커트 필터를 사용하여 차단한다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 단파장 영역의 자외선 성분을, 공기에 대한 광선 투과율을 100%로 할때, 파장 300 nm를 갖는 광의 투과율이 공기에 대해 10% 이하이고 파장 350nm을 갖는 광의 투과율이 적어도 40%이상으로 되도록 하는 무기 및 유기 재료를 사용하여 차단한다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 광을 조사시, 상기 혼합물에 전계 및 자계 중 적어도 하나를 실질적으로 제어하면서 인가한다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 상기 전계는 표시용 전극을 사용하여 인가된다.

본 발명의 다른 실시 양태에 있어서, 소정의 조사 강도 분포를 갖는 광이 포토마스크를 사용하여 형성된다.

또한, 본 발명의 액정 표시 소자의 제조 방법은, 기판들중 적어도 하나가 투명한 전극 기판 사이에 액정 화합물, 광중합성 화합물, 액정성 광중합성 화합물을 포함하는 혼합물을 셀에 주입하는 공정; 및 전장 및 자장중 적어도 하나를 상기 혼합물에 가하면서 균일한 조사 강도 변화를 갖는 광을 상기 혼합물에 조사하여, 중합반응에 따른 상분리를 일으키는 공정을 포함한다.

본 발명의 한 실시 양태에 있어서, 상기 광 조사 동안, 상기 셀의 온도는 적어도 사용될 액정이 등방상을 나타내는 온도 이상으로 설정되고, 그 후 셀을 냉각시킨다.

본 발명의 다른 실시양태에 있어서, 상기 광중합성 화합물은 불화 화합물을 포함한다.

본 발명의 액정 표시 소자는 표시 매체층이 두 기판 사이에 위치하는 구조를 갖는다. 이러한 액정 표시 소자를 제조하기 위해, 제 1 공정에서, 상기 2매의 기판 사이에 액정 화합물, 광중합성 화합물 및 광중합 개시제를 포함하는 혼합물이 제공된다. 제 2 공정에서는, 상기 혼합물에 소정의 조사 강도 분포를 갖는 광을 조사하여 상기 혼합물에 그 중합 반응에 관련된 상분리를 일으킨다. 이에 따라, 고분자(수지)로 형성된 지지벽과 액정이 균일하게 분포된 구조를 갖는 표시 매체층이 얻어진다.

상기 표시 매체층에서 복수의 액정 영역에 충전된 액정의 분자는 기판의 표면과 평행한 가상면에 축대칭으로 배향된다. 또한, 적어도 하나의 액정 도메인이 복수의 액정 영역의 각각에 위치된다.

본 발명의 액정 표시 소자는 외부에서 관찰되는 각도와 방향이 변경되면, 액정 분자의 축대칭 방향으로 인해 시야각에 대한 표시 콘트라스트의 의존성이 제거될 수 있다. 또한, 액정 분자의 축대칭 배향은 디스클리네이션 라인이 액정 영역에 형성되지 않도록 하여 표시 품위를 매우 향상시킨다.

본 발명에 의하면, 상기 액정의 굴절율 이방성 △n과 상기 기판들간의 셀 두께 d(표시 매체를 사이에 둔 기판들 사이의 거리)의 곱 △nㆍd는 300~650 nm로 설정되며, 상기 기판 사이의 액정의 트위스트각은 액정이 그 사이에 주입될때 45~150°의 범위로 설정된다. 이에 따라, 표시 소자의 광선 투과율이 최적화되어 액정의 광선 투과율이 현저히 향상된다.

따라서, 본 발명은 (1) 시야각 특성과 화질을 매우 향상시킨 액정 표시 소자를 제공하고, (2) 간단한 방법으로 액정 표시 소자를 제조하는 이점을 제공한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부 도면에 따라 상세히 설명한다.

[실시예 1]

제1도는 본 발명에 따른 실시예 1에서 액정 표시 소자(1)의 단면도이다. 액정 표시 소자(1)는 두께가 각각 1.1 mm인 한쌍의 유리 기판(2, 3)을 포함한다. 유리 기판(2)상에는 복수의 세그멘트 전극(4) 및 복수의 스위칭 소자(5)가 매트릭스상으로 제공되어 있다. 세그멘트 전극(4)은 산화 인듐 및 산화 주석(ITO)을 함유하는 혼합물로 제조되며 두께가 50 nm이다. 스위칭 소자는 세그멘트 전극(4)에 신호 전압을 인가하거나 신호 전압을 차단하는 작용을 한다. 스위칭 소자로서, 예컨대 박막 트랜지스터(TFT)가 사용된다. 유기 박막(6)은 세그멘트 전극(4) 및 스위칭 소자(5)를 피복한다. 유기 박막(6)은 생략될 수 있다. 따라서 TFT 기판이 구성된다.

한편, 유리 기판(3)상에는 ITO로 제조된 대향 전극(7)이 배치된다. 또한, 차광부를 갖는 블랙 마스크(8)는 차광부가 유리 기판(2)상의 세그멘트 전극(4) 사이의 부분에 대응하도록 대향 전극(7)위에 위치한다. 평활막(9)이 블랙 마스크(8)를 피복한다. 적합한 컬러 화소 배열로 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)을 갖는 컬러 필터(10)는 각 컬러가 각 세그멘트 전극(4)에 대응하도록 평활막(9)상에 혼입된다. 컬러 필터(10)는 유기 박막(11)으로 피복된다. 유기 박막(11)은 생략될 수 있다. 따라서, 대향 기판(13)이 구성된다.

표시 매체층(14)은 TFT 기판(12)과 대향 기판(13) 사이에 위치한다. 표시 매체층(14)은 수지벽(16)(즉, 중합체 벽) 및 액정 영역(17)을 포함한다. 수지 벽(16)은 세그멘트 전극(4)이 형성된 영역을 제외한 표시 매체층(14) 영역에서 형성되며, 액정 영역(17)은 세그멘트 전극(4)이 형성된 표시 매체층(14)의 영역과 각 수지벽(16) 사이에 형성된다. 수지벽(16)과 액정 영역(17) 사이의 계면상에서 디스클리네이션 라인(18)이 형성된다. 액정 표시 소자(1)에서, 액정 영역(17) 중의 액정 분자는 축에 대하여 대칭적으로 배향되며, 각 액정 영역(17)에 적어도 한개의 액정 도메인이 형성된다.

상술한 구조를 갖는 액정 표시 소자(1)를 제조하기 위한 방법을 설명한다.

먼저, 셀 간격이 스페이서의 직경과 동일하게 유지되도록 TFT 기판(12), 대향 기판(13) 및 스페이서(도시안됨)로 표시 셀을 제조한다. 직경 6 ㎛의 구형 또는 원통형 스페이서를 사용한다.

이어, 제2도에 도시한 바와 같은 포토마스크(15)를 상기 표시셀상에 배치한다. 포토마스크(15)는 각각이 100 ㎛ x 100 ㎛ 사이즈를 갖고, 그 사이에 개재된 폭 25 ㎛의 투광부(20:light transmitting portion)를 갖도록 정렬된 복수의 차광부(19)가 매트릭스상으로 배열된 구성이다.

상기 표시셀에 혼합물을 35℃에서 투명 상태로 주입한다. 상기 혼합물은 0.1 g의 R-684(니뽄 가야꾸 가부시끼가이샤 제품), 0.05 g의 스티렌, 0.85 g의 이소보르닐 메타크릴레이트, 액정 물질 ZLI-4729(0.4 중량%의 S-811 함유: 머크 앤드 컴패니 인코포레이티드 제품) 및 0.0025 g의 광중합성 개시제(Irgacure 651)를 혼합하여 제조한다.

동일한 온도 조건하에서, 상기 포토마스크(15)의 도트 패턴을 통해 고압 수은 램프를 사용하여 평행 광선을 10 mW/㎠의 조도로 1초간 표시셀에 조사하고 30초간 조사하지 않는다. 상기 사이클을 20회 반복 실시한다. 그 후, 10분간 자외선을 표시셀에 조사하여 수지를 경화시킨다. 수지를 경화시킨 후, 표시셀을 편광 현미경으로 관찰하면, 포토마스크(15)의 도트 패턴의 크기 및 배열 피치와 동일한 크기 및 배열 피치를 갖는 액정 도메인이 관찰된다.

이어, 상호 편광 방향이 직교하는 2매의 편광판을 상기 표시셀의 양 측면에 부착시켜 제1도에 도시한 바와 같이 수지벽(16)으로 둘러싸인 복수의 액정 영역(17)을 갖는 액정 표시 소자(1)를 제조하였다.

상술한 구조를 갖는 액정 표시 소자(1)는 수지벽(16)에 의해 둘러싸인 액정 영역(17)을 포함한다. 액정 영역(17)은 최소한의 갯수의 액정 도메인을 포함하고 각 액정 도메인중의 액정 분자는 기판 표면과 평행한 가상 평면내의 축에 대칭으로 배향된다. 이러한 구조에서, 화소 중의 디스클리네이션 라인(18)은 최소화될 수 있고 높은 콘트라스트를 갖는 우수한 시각 특성을 달성할 수 있다. 본 발명에 의하면, 이러한 구조를 갖는 액정 표시 장치를 제조하는 방법이 실현될 수 있다.

이후, 실시예 1에서의 구조를 갖는 액정 표시 소자(1)의 특징 및 실시예 1에서의 단계를 포함한 동일한 제조 방법을 설명한다.

[도메인내의 액정 분자의 배향]

제3도에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 표시 소자(1)의 액정 도메인에는, 세그멘트 전극(4)의 형상과 동일한 형상을 갖는 화소 영역(22) 및 화소 영역(22)의 형상과 거의 동일한 액정 영역(17)이 형성된다. 액정 영역(17)에는 편광판의 편광축 방향으로 십자형의 소광 패턴(21)이 관찰된다. 이 소광 패턴(21)은 액정 영역(17)중의 액정 분자가 액정 영역(17)의 중앙 위치에 있는 디스클리네이션 점(23)을 중심으로 하여 축대칭상으로, 즉, 방사상 또는 동심원상으로 배열되어 있는 것을 나타낸다.

제4도에 도시한 바와 같이, 액정 분자의 배향을 갖는 액정 도메인에서, 디스클리네이션 라인(18)은 전압 인가하에서 액정 영역(또는 액정 도메인)(17)의 주변부에 형성되지만, 액정 영역(17) 내에는 형성되지 않는다. 따라서, 화소 영역(22)의 외부에 디스클리네이션 라인(18)을 형성시킬 수 있다. 제1도에 도시한 바와 같이 블랙 마스크(8) 등의 차광부하에서 디스클리네이션 라인(18)을 형성시킴으로써, 향상된 블랙 레벨과 콘트라스트를 갖는 액정 표시 소자를 얻을 수 있다. 그 결과, 본 발명의 액정 표시 소자의 표시 품위를 향상시킬 수 있다.

표시 전압이 상술한 배향을 갖는 액정 표시 소자에 인가되면, 액정 분자가 유리 기판에 대하여 수직한 방향으로 평행하도록 기립하게 된다. 이때, 액정 분자는 제52(a)도 내지 제52(c)도에 도시한 바와 같이 기립한다. 보다 구체적으로는, 액정 분자는 본 실시예에서 초기 배향인 축대칭상으로 기립하게 된다. 이 배향 때문에, 액정 표시 소자(1)를 어느 방향으로 본 경우에도 각 방향에서 겉보기상의 굴절률이 균일화된다. 이로 인해 불량한 시각 특성이 해결될 수 있다.

화소 영역(22)의 중앙 위치의 중앙 디스클리네이션 점(23)에 차광부가 대응하도록 대향 기판(3)상에 블랙 마스크(24)를 위치시켜, 중앙 디스클리네이션 점(23)을 거의 볼 수 없도록 만들 수 있다. 이 점에 관해서, 본 발명의 액정 표시 소자의 표시 품위를 향상시킬 수 있다.

[화소내의 도메인 수]

각 화소내의 도메인 수는 가능한한 적은 것이 바람직하다. 한 화소내에 다수의 도메인이 존재하면 각 도메인 사이에 상기 디스클리네이션 라인이 형성되도록 되며, 표시의 블랙 레벨을 저하시킨다. 상기 제3도에 도시한 바와 같이, 액정 분자가 방사상으로 배열되어 있는 각 액정 영역(17)에 의해 화소 영역(22)이 피복되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 경우, 제4도에 도시한 바와 같이, 화소 영역(22)으로 전압 인가시에 디스클리네이션 라인(18)이 액정 영역(17)의 주변부에서 형성되어, 화소 영역(22) 내부에 디스클리네이션 라인(18)이 형성되지 않도록 한다.

제5도에 도시된 바와 같이, 장방형의 화소 영역(22a)을 갖도록 본 발명의 액정 표시 소자를 구성한다. 이 경우, 액정 분자가 방사상으로 배열되어 있는 도메인(25)이 적어도 2개 결합되어 액정 영역(17)을 형성한다. 이러한 액정 표시 소자에서, 상기 도메인이 각 액정 영역(17)을 구성하고 있는 본 실시예의 액정 표시 소자(1)와 동일한 원리에 의해 시각 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다.

또한, 제5도의 구조에서, 2개의 도메인(25) 사이의 디스클리네이션 라인(18)이 연장되는 방향을 상기 편광판의 편광축과 합치시키는 것에 의해 전압 인가시에 그 디스클리네이션 라인(18)을 거의 볼 수 없도록 할 수 있다. 또한, 복수의 화소 영역(22)에 의해 상기 액정 영역(17)이 형성될 수 있다. 이때, 액정 분자는 방사상 또는 동심상의 배향을 가질 수 있다.

[액정 분자를 축대칭으로 배열시키는 방법]

액정 분자를 축대칭으로 배열시키기 위하여, 액정, 광중합성 물질 및 광중합 개시제를 함유하는 상술한 혼합물을 표시 셀에 제공하고, 그 표시 셀을 포토 마스크를 통하여 조사면내에서 불규칙한 광 강도 분포를 갖는 자외선에 노출시킨다. 자외선 조사시에, 포토마스크의 차광부 보다는 투광부에 상당하는 혼합물 영역에서 광중합 반응이 개시된다. 이어, 광중합성 물질이 경화되어 농도 경사(concentration gradient)가 발생된다. 그 결과, 광중합성 물질이 포토마스크의 중앙부로부터 그 단부로 이동하면서 중합 반응이 진행한다.

이 경우, 액정 표시 소자를 제조하는 조건은 경화된 광중합성 물질(수지)의 유리 전이 온도(Tg)를 실온 이상, 바람직하게는 60℃ 이상으로 하고, 또한 약조사 영역(weak light irradiated region)에 고분자 재료의 벽 또는 기둥 등이 형성되지 않게 설정된다. 따라서, 상기 약조사 영역의 중앙 주변부에 액정 분자가 축대칭으로 배열되어 있는 액정 표시 소자를 제조할 수 있다.

약조사 영역에 고분자의 벽, 기둥이 형성되지 않는 조건은 화소의 크기와 관련된 중합 속도이다. 화소의 크기에 따라서 광중합성 물질의 조성을 변화시켜, 광중합 속도가 변화한다. 이는 약조사 영역에서 고분자 벽 또는 기둥이 형성되는 것을 방지한다. 예컨대, 화소의 크기가 100 ㎛ 보다 작은 경우는, 예컨대, 아크릴레이트등 비교적 중합 속도가 빠른 재료로 광 중합 재료를 구성한다. 화소가 100 ㎛ 보다 큰 경우는, 메타크릴레이트 및 중합 속도의 억제 효과가 있는 스티렌과 같은 공명계를 갖는 이중 결합을 포함하는 분자등과 혼합된 아크릴레이트를 사용하여, 광중합 속도를 저하시키고 액정과 고분자 재료간의 상분리 속도를 감소시킨다. 이렇게 하여, 약조사 영역내에 고분자 재료가 혼입되지 않도록 할 수 있다.

또한, 광중합성 관능기의 수는 액정 재료와 고분자 재료와의 상분리 속도에 영향을 준다. 2 또는 3의 관능기를 각 분자내에 갖는 다관능성 광중합성 물질이 사용되면, 중합체의 겔화 속도가 빨라서 상분리 속도가 빠르게 된다. 단관능기의 수지 재료는 역으로 액정 재료와 고분자의 상분리 속도를 저하시키므로 큰 화소에 적합하다. 이러한 화합물은 혼합하여 사용할 수 있고, 화소의 크기에 따라 선택된다.

사용될 수 있는 고분자 재료는 광중합성 물질등이다. 광중합성 물질의 예는 3개 이상의 탄소 원자를 갖는 장쇄(long chain) 알킬기 또는 벤젠 고리를 갖는 아크릴산 및 아크릴산 에스테르, 보다 구체적으로는 이소부틸 아크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 이소아밀 아크릴레이트, n-부틸 메타크릴레이트, n-라우릴 메타크릴레이트, 트리데실 메타크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, n-스테아릴 메타크릴레이트, 시클로헥실 메타크릴레이트, 벤질 메타크릴레이트, 2-페녹시에틸 메타크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 및 이소보르닐 메타크릴레이트; 중합체의 물리적 강도를 높이기 위하여 2개 이상의 관능기를 갖는 다관능성 물질, 예컨대, 비스페놀 A 디메타크릴레이트, 비스페놀 A 디아크릴레이트, 1,4-부탄디올 디메타크릴레이트, 1,6-헥산디올 디메타크릴레이트, 트리메틸올 프로판 트리메타크릴레이트, 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트, 테트라메틸올 메탄 테트라아크릴레이트, 네오펜틸 디아크릴레이트 및 R-684(니뽄 가야꾸 가부시끼가이샤 제품); 및 이들 단량체를 할로겐화하여 얻어진 물질, 특히 염소화 및 불소화 화합물, 예컨대 2,2,3,4,4,4-헥사플루오로부틸 메타크릴레이트, 2,2,3,4,4,4-헥사클로로부틸 메타크릴레이트, 2,2,3,3-테트라플루오로프로필 메타크릴레이트, 2,2,3,3-테트라클로로프로필 메타크릴레이트, 퍼플루오로옥틸에틸 메타크릴레이트, 퍼클로로옥틸에틸 메타크릴레이트, 퍼플루오로옥틸에틸 아크릴레이트, 및 퍼클로로옥틸에틸 아크릴레이트이다.

[중합억제제]

액정적, 즉, 액정 영역(17)의 형상을 크게 하기 위하여, 상기 고분자 물질에 중합 반응을 억제하는 화합물을 부가하는 것이 바람직하다. 이 억제제의 예는 라디칼 생성후 공명계를 갖는 라디칼을 안정화시키는 단량체, 화합물 등이고, 구체적으로는 스티렌, p-클로로스티렌, p-메틸스티렌, p-페닐스티렌, p-플루오로스티렌 및 니트로벤젠이다.

[광중합 개시제]

광중합 개시제로서는 Irgacure 651, Irgacure 184, Irgacure 907(시바-가이기 코포레이션 제품), 및 Darocure 1173, Darocure 1116, Darocure 2956(이.머크 제품)과 같은 일반적인 광중합 개시제를 사용할 수 있다. 또한, 지지율을 향상시키기 위해, 가시광으로 중합될 수 있는 증감제등을 사용하여도 좋다.

또한, 이들 광중합 개시제의 첨가량은 개별 화합물의 반응성에 따라 다르다. 본 발명에서는 특히 한정되지 않지만, 액정과 광중합성 물질(액정성 광중합성 물질을 포함한다)의 혼합물의 전체 중량을 기준하여 0.01% 내지 5중량%인 것이 보다 바람직하다. 상기 첨가량이 5 중량% 이상이면, 액정과 고분자와의 상분리 속도가 너무 빨라서 제어가 곤란하게 되고 액정적이 적게 된다. 이로 인해 높은 구동 전압을 필요로 한다. 기판상의 배향막의 수직 또는 수평 배향력등의 배향 제어력이 약하게 되며, 화소내의 액정 영역(16)의 크기가 작게 된다. 즉, 포토마스크를 사용한 경우, 차광부에 대응하는 영역내에 액정적이 형성되어, 콘트라스트가 저하된다. 상기 첨가량이 0.01% 이하이면, 고분자를 충분히 경화시킬 수 없다.

[액정 재료]

본 발명에서 사용되는 액정은 상온 부근에서 액정 상태를 나타내는 유기 혼합물이다. 이러한 액정은 네마틱 액정(2주파 구동용 액정, △0 의 액정을 포함), 콜레스테릭 액정(특히, 가시광에 선택 반사특성을 갖는 액정), 스멕틱 액정, 강유전성 액정, 디스코틱 액정등을 포함한다. 이들 액정은 혼합하여도 좋고 특히 네마틱 액정 또는 콜레스테릭 액정(키럴제)이 첨가된 네마틱 액정이 특성상 바람직하다. 보다 바람직하게는 가공시에 광중합 반응을 수반하기 때문에, 내 화학 반응성이 우수한 액정이 바람직하다.

또한, 액정의 유전율 △는 소자의 구동 전압을 지배하는 요인이고, △3 이상이 바람직하다. △가 3 이하이면, 액정의 구동 전압의 인가에 따른 응답 속도가 저하된다. 또한, TFT 소자를 구동하기 위한 구동 전압을 저하시키기 위하여, △≥ 5인 것이 보다 바람직하다. 또한 액정의 점도도 응답 속도에 영향을 준다. 예컨대, 30 cp(25℃)이하, 보다 바람직하게는 20 cp 이하의 점도를 갖는 액정이 사용될 수 있다. 구체적으로는, 플루오르 원자와 같은 관능기를 갖는 액정이 사용될 수 있다. 이러한 액정의 예는 ZLI-4801-000,ZLI-4801-001, ZLI-4792(머크사제)등이다.

[중합성 액정 재료]

액정과 광중합성 물질의 혼합물로 액정 상태를 제공하고, 상기 혼합물을 표시 셀로 네마틱 상태로 주입하기 위해 또는 고분자 벽내에서 배향되도록 하기 위해서는 양자의 성질을 병용하여 중합성 액정 재료를 사용하는 것이 바람직하다. 이들의 화합물은 광중합성 물질의 진공 주입시에 휘발성을 저하시키고, 액정-광중합성 물질-광중합 개시제의 혼합물의 주입시에 조성 변화를 억제하는 효과가 있다. 이들의 액정 재료와 분자내에 중합성 관능기를 갖는 액정성 화합물을 선택하는데 있어서 각각의 액정성을 발현하는 부분이 유사한 것이 상용성의 관점에서 바람직하다. 특히, 중합성 관능기를 갖는 액정성 화합물은 바람직하게는 화학적 환경이 특이한 플루오르계 및 염소계 액정 재료이다.

본 발명에서 특히 한정되지 않지만, 본 발명에서 사용되는 분자내에 액정성 관능기를 갖는 화합물로서는 하기의 일반식(I)로 표시되는 화합물이고, 호스트의 액정 분자의 액정성을 거의 방해하지 않는 것이다.

A-B-LC (단관능성),

A'-B'-LC' (이관능성).....(1)

일반식(1)에서, A 및 A'는 CH₂=CH-, CH₂=CH-COO- 및 CH₂=CH-COO-와 같은 불포화 결합을 갖거나 또는와 같은 왜곡을 갖는 헤테로시클릭 고리 구조를 갖는 중합성 관능기이다. B 및 B'는 중합성 관능기를 액정 화합물과 연결하는 연결기로서, 구체적으로는 알킬 사슬(-(CH₂)_n-), 에스테르 결합(-COO-), 에테르 결합(-O-), 폴리에틸렌 글리콜사슬(-CH₂CH₂O-) 및 이들 연결기를 조합시킨 연결기이다. 이들 연결기는 액정 재료와 혼합되면 액정성을 나타내는 것이 바람직하다. 따라서, 중합성 관능기로부터 액정성 분자의 강직부(rigid portion)까지 6개 이상의 결합 길이를 갖는 연결기가 특히 바람직하다. 또한, 요소 LC는 하기 식 2로 표시되는 액정성 화합물 또는 콜레스테롤 고리 및 그의 유도체등이다:

D-E-G...(2)

단관능성 재료인 경우, 상기 화합물에서, G는 액정의 유전율 이방성 등을 발현시키는 극성기이고, -CN-, -OCH₃, -F, -Cl, -OCF₃, -OCCl₃, -H 및 -R(R: 알킬 기)와 같은 관능기를 갖는 벤젠 고리, 시클로헥산 고리, 파라디페닐 고리 및 페닐시클로헥산 고리이다. E는 D를 G와 연결시키는 관능기, 예컨대, 단일 결합, -CH₂-, -CH₂CH₂-, -O-, -CC-, -CH=CH- 이다. D는 일반식(1) 중의 B에 연결된 관능기로서, 유전율의 이방성과 굴절률의 이방성의 크기를 좌우하는 부분이다. 이러한 관능기의 예는 파라페닐 고리, 1,10-디페닐 고리, 1,4-시클로헥산 고리 및 1,10-페닐시클로헥산 고리이다.

2개 이상의 관능기를 갖는 다관능성 액정 재료인 경우, 상기 일반식(1)중의 LC'는 강직한 장방형 재료가 바람직하다. 강직성 장방형 재료의 예는 디페닐 고리, 터페닐 고리 및 페닐시클로헥산 고리와 같은 분자를 포함한다. 이들 분자는 대칭일 필요는 없고 이들 고리를 조합하여 수득한 구조이어도 사용할 수 있다.

[액정과 중합성 물질의 혼합비]

액정과 중합성 화합물 사이의 혼합 중량비는 화소의 크기에 따라서 다양하다. 액정과 중합성 화합물의 중량비는 바람직하게는 50:50 내지 97:3이고, 보다 바람직하게는 70:30 내지 90:10이다. 액정 물질의 비율이 50 중량% 이하이면, 수지벽(16)의 효과가 현저히 향상되어 표시셀의 구동 전압을 증대시킨다. 그 결과, 실용성은 상실된다. 액정 재료의 비율이 97 중량%를 초과하면, 중합체 벽(16)의 물리적 강도가 감소되어 안정한 성능을 얻기가 곤란해진다. 또한, 상술한 중량비 범위가 유지되는 한도내에서 액정성 화합물과 비 액정성 중합성 화합물 사이의 중량비는 액정성 화합물이 0.5 중량% 이상인 것이 바람직하다.

[자외선 조도분포]

포토마스크의 형태를 액정 및 광중합성 물질의 혼합물로 정확히 전달하기 위해서는, 자외선 조도 분포를 제공하는 방법이 중요하다. 포토마스크, 마이크로렌즈, 간섭판등을 사용하여 균일한 자외선 조도 분포를 제공하는 것이 바람직하다. 포토마스크는 균일한 자외선 조도 분포가 제공되는 한, 셀의 내부 또는 외부 어느 곳에서나 배치될 수 있다.

포토마스크를 액정 및 광중합성 물질의 혼합물에 가깝게 배치하는 것이 바람직하다. 포토마스크를 셀에서 멀리 배치하면, 포토마스크의 전사상이 흐려져서 본 발명의 효과를 감소시킨다. 자외선의 광원은 평행 광선을 발생시킬 수 있는 구조를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명자들의 실험 결과에 따르면, 화소의 30%이하의 약조사 영역을 형성하는 포토마스크를 사용하면, 형성되는 액정적도 화소의 30% 이하이고, 각 화소 내에서 액정과 고분자 사이의 수많은 간섭이 형성되고, 그 결과로 광 산란에 의해 콘트라스트가 저하된다. 화소보다 더 큰 약조사 영역을 형성할 수 있는 포토마스크가 바람직하다. 특히, 자외선이 화소이외의 부분에만 조사되도록 하는 포토마스크가 바람직하다.

고분자 및 액정 재료사이의 광산란을 사용하지 않는 본 발명의 형태에 있어서, 포토마스크의 약조도 영역이 각 화소의 30% 이상을 피복하고 부분적으로 자외선의 강도를 감소시키는 것이 바람직하다. 본 발명에서는 특별한 제한은 없으나, 약조사 영역의 구조에는 원형, 사각형, 사다리형, 직사각형, 육각형, 다이아몬드형, 문자형, 곡선 및/또는 직선을 사용하여 얻어지는 도형; 이들 도형의 일부를 삭제함으로써 얻어지는 도형; 이들 도형을 조합함으로써 얻어지는 도형; 및 이들 도형의 어셈블리가 포함된다.

또한, 포토마스크가 화소의 산란 강도를 감소시키며 액정 표시 소자의 콘트라스트를 증가시키기 때문에, 화소를 약한 광으로 조사된 영역이 되게 하는 포토마스크등이 바람직하다.

본 발명에 따른 실시예에서, 한 종류이상의 구조를 사용할 수 있다. 액정적 크기의 균일성을 향상시키기 위해서는, 한 종류의 구조가 바람직하다.

본 발명의 특징 중의 하나는 수지 벽(16)이 수평 방향으로 균일하게, 즉, 화소를 따라 배열된다는 것이다. 따라서, 포토마스크의 약한 광으로 조사된 영역의 위치는 중요한 역할을 한다. 약한 광으로 조사된 영역을 화소의 피치와 일치하도록 배치하며, 바람직하게는 하나의 약한 광 조사 영역이 하나의 화소에 대응되도록 배치한다. 하나의 약한 광 조사 영역을 복수개의 화소에 걸쳐 배치한다. 약한 광 조사 영역을 열 마다 또는 복수개의 화소 전체군에 걸쳐 배치한다.

액정적의 구조를 측정하기 위해서, 편광 현미경이 사용된다. 셀을 2매의 기판으로 박리하고, 액정 분자는 용매로 제거되며 잔류 고분자 매트릭스를 측정한다. 샘플 제조 도중 일부 액정적이 손상되므로, 가장 우수한 구조를 유지하고 있는 20개의 액정적을 관찰용으로 선정한다. 따라서, 액정적의 균일도와 동일한 균일도가 포토마스크용으로 필요하다.

가장 효과적으로 자외선을 차폐하는 영역이 상기 구조와 배열을 갖는 한, 포토마스크의 약조사 영역은 독자적일 필요가 없고 그의 단부에 접속시킬 수 있다. 이 방법에 의해 제작된 셀을 편광판과 조합하여 액정 분자가 고분자 벽에 의해 한정되거나 또는 고분자 벽으로 부분적으로 구획된 액정 표시 소자를 형성한다. 이러한 액정 표시 소자를 큰 스크린, 필름 등으로 사용할 수 있다. 또한, 액정 표시 소자용 기판 재료로서는 필름, 유리 및 실리콘 물질을 사용할 수 있다.

[디스클리네이션 라인]

일반적으로, 액정 분자가 방사상으로 배향되는 액정 표시 소자에서, 액정 분자는 한 방향으로 배향되지 않으며 분자 사이에 왜곡이 야기된다. 특히, 전압 인가시 고분자 및 액정 영역사이의 계면 근처에서 디스클리네이션 라인이 형성되어 액정 도메인을 둘러싸게 된다. 본 발명에 따르면, 화소 영역보다 큰 액정 영역이 형성되며, 고분자 및 액정 영역사이의 계면은 제1도에 도시되어 있는 바와 같이 블랙 마스크(8)로 차광되어 있다. 이로서 디스클리네이션 라인이 화소 영역에 존재하지 않으며 우수한 시야각 특성을 나타내는 액정 표시 소자가 된다.

[구동법]

이렇게 제조된 셀을 단순 매트릭스 구동법 또는 TFT 및 MIM과 같은 스위칭 소자를 사용하는 액티브 매트릭스 구동법에 의해 구동시킬 수 있다. 본 발명에 있어서, 구동법에 특별한 제한은 없다.

상술한 바와 같이 제조된 액정 표시 소자를 편광 현미경으로 관찰하면, 각 화소에 거의 하나의 액정 도메인(25)이 존재하고 제6도 및 제7도에 도시한 바와 같이, 각 액정 도메인(25)에서 액정 분자가 방사상으로 또는 동심원상으로 배향될때 보이는 슐리렌 조직(schlieren texture)이 관찰된다. 제6도 및 제7도에서, 액정 분자는 도면 부호(27)로 나타낸다.

이 셀을 액체 질소에서 두매의 기판으로 박리하고, 액정 재료를 아세톤으로 세척한 다음, 건조 후 기판상에 잔류하는 고분자 재료를 레이저 현미경으로 관찰한다. 제8도에 나타나 있는 바와 같이, 이러한 관찰로 중앙에 대해 동심선(26)(점선으로 이루어진 산)이 형성됨을 알 수 있다. 특히, 이 고분자 재료는 하나의 차광 영역이 두꺼운 단부를 가지며 그 두께가 중심으로 갈수록 얇아지는 원추형 구조를 갖는다.

이러한 원추형 구조는 다음과 같이 얻는다.

광중합성 물질을 각각의 광투과 영역에서 경화시키고, 광중합성 물질의 농도를 차광 영역에서 감소시켜, 차광부의 중앙부로부터 단부로 광중합성 물질을 농도 경사에 따라 이동시키고, 광중합성 물질이 이동하는 동안 빛을 차광부로 누출시키면서 광중합성 물질을 부분적으로 중합시킨다. 본 실시예에서, 이러한 구조를 가진 박막을 광 조사에 의해 자동적으로 형성시키고, 이렇게 해서 단계를 공업적으로 간략화한다. 이렇게 제조된 셀을 전압 인가하에 편광 현미경으로 관찰하는데, 액정 도메인의 외부에서 디스클리네이션 라인이 형성되는 것을 알 수 있다. 전압이 포화되면, 디스클리네이션 라인이 사라진다.

이렇게 제조된 셀의 전기 광학적 특성은 표 1 및 제9도에 나타낸다. 표 1 및 제9도와 후술되는 제10도에 도시된 비교예 1에 나타나 있는 특성에서 알 수 있듯이, 비교예 1의 TN 셀과 달리, 본 발명의 셀에서 반전 현상은 관찰되지 않는다. 또한, 전압 포화시 고시각 방향에서의 투과율 증가는 본 발명의 셀에서 관찰되지 않는다. 이 측정에서, 두개의 평행 편광판을 사용하는 경우(즉, 편광판이 각 편광 방향에 대해 서로 평행이 되도록 배치됨) 광선 투과율은 100%이다.

표 1에서, 반전 현상(reverse contrast viewing)이 관찰되지 않는 상태를 ○; 반전 현상이 쉽게 관찰되는 상태는 X; 그리고 약간 반전 현상이 관찰되는 상태를 △로 표시한다. 다른 표에서도, 동일한 부호를 사용한다.

[비교예 1]

실시예 1의 것과 동일한 배향막을 기판상에 형성시킨다. 두 기판 모두를 나일론 천으로 문지른다. 이때 기판을 서로 접착시켜서 실시예 1과 동일하게 배향 방향이 서로 직각이 되도록 한다. 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 액정 재료 ZLI-4792(S-11 0.4중량% 함유)를 제조된 셀에 주입한다. 그 다음, 교차된 편광판을 셀 양쪽에 접착시켜 종래의 TN 셀을 제조한다.

TN 셀의 전기-광학적 특성은 표 1에 나타나 있으며 시각 특성은 제10도에 도시되어 있다.

[실시예 2]

본 발명의 또 다른 실시예를 기술한다.

제11도에 도시한 바와 같은 컬러 필터(10)를 갖는 대향 기판과 제12도에 도시한 바와 같은, 표면에 블랙 마스크(24)(29는 투광부)를 갖는 TFT 기판을 사용하여 셀 간격이 5.0 ㎛인 셀을 제조한다.

제조한 셀에 실시예 1과 동일한 혼합물을 주입하고, 셀중의 컬러 필터를 마스크로 자기 정합(self-aligned)에 의해 실시예 1과 동일하게 자외선 경화시킨다. 셀을 편광 현미경으로 관찰하면, 각 전체 화소가 단일 도메인이고, 액정 분자는 각 도메인에 동심상으로 배향된다.

이렇게 제조된 셀의 양면에 상호 직교하는 편광판을 붙여 본 발명에 따른 액정 표시 소자를 제작한다. 전압 오프시에 제작된 셀의 투과율을 하기 표 2에 나타낸다. 본 측정에서는 서로 편광축이 평행한 2매의 편광판을 사용한 셀(액정 재료를 주입하지 않는 셀)의 투광율을 100%로 한다.

[비교예 2]

실시예 1과 동일하게 셀을 제조한다. 실시예 1의 것과 동일한 혼합물을 셀에 주입하고, 이 셀을 포토마스크를 사용하지 않은 것 이외에는 실시예 1과 동일하게 자외선으로 조사한다. 편광 판을 셀 양쪽에 접착시켜 고분자 분산형 액정 표시 소자를 제조한다. 이렇게 제조된 셀의 전기 광학적 효과가 표 2에 나타나 있다.

비교예 2에서, 입자 형태의 액정 영역이 형성되어 전체적으로 거친 표시를 나타낸다.

본 발명의 발명자들은 상술한 각각의 실시예의 구조를 갖고 상술한 각 실시예의 제조 방법에 의해 제조된 액정 표시 소자(1)에서 액정의 트위스트각을 최적화(optimize)함으로써 본 발명의 액정 표시 소자(1)의 광선 투과율을 현저히 향상시킬 수 있다.

(1) 액정 재료의 굴절률의 이방성 △n 및 그의 셀 간격 d의 곱 △nㆍd은 300nm 내지 650nm의 범위에 있는 것이 바람직하다.

(2) 표시 매체층(14)이 기판(12, 13) 사이에서 형성될 때, 표시 매체층(14)에서 액정 영역(17)의 액정 분자의 트위스트각이 45°내지 150°의 범위에 있는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라서, 수지 벽(16)에 의해 구획되는 액정 영역(17)을 갖는 액정 표시 소자(1)에서, 각 액정 영역(17)은 최소 수의 액정 도메인을 포함하며, 각 액정 도메인의 액정 분자는 방사상으로 또는 동심원상으로 배향된다. 따라서, 디스클리네이션 라인(18)이 화소 영역(22, 22a)에서 형성되는 것을 가능한한 억제할 수 있으며, 액정 표시 소자(1)는 높은 콘트라스트를 갖는 우수한 시각 특성을 갖게 된다.

이하, 액정 영역(17)의 적정화된 △nㆍd 특성 및 트위스트각을 갖는 액정 표시 소자(1)를 상세히 설명한다.

[△nㆍd 특성의 최적 조건]

각 실시예의 액정 표시 소자(1)의 액정 영역(17)의 △nㆍd 특성을 변화시킴으로써, 전압을 인가하지 않은 상태에서 소자(1)의 광선 투과율이 변화되며 △nㆍd 특성이 450nm 근처에 있을 때 부분적인 최대값에 이른다는 것이 밝혀졌다. 본 실시예에서, 액정 영역(17)은 고분자 재료의 수지 벽(16)을 구성하지 않는 단일-도메인 또는 고분자 재료의 수지 벽(16)에 의해 구획되지 않는 다중-도메인의 구조를 갖는다.

제13도는 △nㆍd 특성 및 광선 투과율 사이의 관계를 나타낸다. 곡선(31)은 본 실시예의 액정 표시 소자(1)의 광선 투과율을 나타낸다. 곡선(32)은 화소 영역이 고분자 벽에 의해 구획된 복수개의 종래 액정 영역을 포함하며, 고분자 수지로 구성된 고분자 섬이 각 화소 영역의 중앙부에 존재하고, 액정 도메인이 액정 부분에 방사상으로 또는 동심원상으로 배향되어 있는 종래 구성의 액정 표시 소자의 광선 투과율을 나타낸다.

제13도에 나타나 있는 바와 같이, 본 실시예에서, 광선 투과율이 현저히 개선된다.

이러한 이유로 인해, 본 실시예의 액정 표시 소자(1)에서 더 넓은 범위의 △nㆍd 특성을 사용할 수 있다. 이 △nㆍd 특성은 300nm 내지 650nm의 범위에 있는 것이 바람직하며, 400nm 내지 500nm의 범위에 있는 것이 보다 바람직하다. 제13도의 곡선(31)에 의해 표시되는 바와 같이, 광선 투과율은 최대가 되고, 곡선(31)은 비교적 평평하게 된다.

본 발명의 발명자들의 실험에 의해, △nㆍd 특성이 300nm 미만일때, 광선 투과율은 감소하며 청색 표시를 얻는다. △nㆍd 특성이 650nm 보다 클때, 광선 투과율은 감소하며 적색 표시를 얻는다. 이것은 제14도의 곡선(33, 34, 35, 36)으로부터 알 수 있다. 곡선(33, 34, 35)은 △nㆍd 특성이 각 파장에 대해 변하는 경우에 광선 투과율의 변화를 나타낸다(적색: 650nm, 녹색: 550nm, 청색: 450nm). 곡선(36)은 곡선(33 내지 35)의 광선 투과율의 평균을 나타낸다. 제14도는 액정 분자가 방사상으로 배향된 경우에, 각 파장의 광선에서 광선 투과율을 측정한 경우의 곡선이다.

제14도에서 알 수 있듯이, △nㆍd 특성이 감소될 때, 청색의 광선 투과율이 커지고, 녹색 및 적색의 광선 투과율은 낮아진다. 그 결과로, 전체적으로 어두운 청색의 표시가 얻어진다. △nㆍd 특성이 650nm보다 클 때, 어두운 적색 표시가 얻어진다.

[액정의 트위스트각의 최적 조건]

본 실시예의 액정 표시 소자의 액정 재료에 키럴제등을 부가할 때, 선광성(optical rotatory power)에 기인한 광선 투과뿐만 아니라 복굴절 효과에 기인하는 광선 투과가 야기되어, 액정 표시 소자(1)의 전체 광선 투과율이 향상된다.

제15도는 액정 재료를 상부 및 하부 기판(12, 13) 사이에 주입한 경우의 상하 기판간의 광선 투과율 변화를 나타낸다. 제15도로부터 트위스트각이 90°일 때, 광선 투과율이 최대값을 갖는다는 것을 알 수 있다.

본 실시예에서, 액정 표시 소자(1)를 크로스 니콜(crossed Nicols) 상태로 배열된 2매의 편광판 사이에 위치시킨다. 따라서, 90°에서 두 편광판의 편광축이 교차하므로, 트위스트각 90°가 액정 표시 소자(1)에 가장 적합하다. 트위스트 각은 45°내지 150°의 범위에 있는 것이 바람직하다. 트위스트 각이 70°내지 120°의 범위에 있을 때, 밝은 표시의 액정 표시 소자(1)를 얻을 수 있다.

이하, 본 발명에 따른 구성예를 설명한다; 그러나, 본 발명은 이러한 구성예에 제한적이지 않다.

[구성예 1, 2, 3 및 4와 비교예 3, 4 및 5]

실시예 1 및 2를 비교예 3 내지 5와 함께 구성예 1 내지 4에 근거하여 설명한다.

각각 ITO 투명 전극(예를 들어, 두께 50nm)을 갖는 두개의 유리 기판(예를 들어, 각각의 두께는 1.1mm 임)을 사용하여 셀을 제조한다. 각 셀에 스페이서를 주입하여 셀 간격 d를 2.2㎛(비교예 3), 3.1㎛(비교예 4), 4.2㎛(구성예 1), 4.8㎛(구성예 2), 5.3㎛(구성예 3), 6.4㎛(구성예 4) 및 7.5㎛(비교예 5)로 한다.

제16도의 포토마스크(15a)를 제조된 각 셀에 배치하여 다음 혼합물을 투명 상태(35℃)로 각 셀에 주입한다. 0.1g의 R-684(니뽄 가야쿠 가부시끼가이샤 제), 0.05g의 p-페닐스티렌, 0.425g의 이소보르닐 메타아크릴레이트, 0.425g의 이소보르닐 아크릴레이트, 4g의 액정 재료 ZLI-4792(머크주식회사 제: 액정의 트위스트각을 90°로 조정함) 및 0.025g의 광중합반응 개시제(Irgacure 651)를 혼합함으로써 이 혼합물을 제조한다.

동일한 온도 조건하에, 포토마스크(15a)의 도트 패턴을 통해 평행 광선을 수득할 수 있는 고압 수은 램프를 사용하여 10mW/㎠ 로 1초동안 셀에 조사하며, 30초동안은 조사하지 않는다. 이 사이클을 20회 반복한다. 그 다음, 10분간 자외선을 셀에 조사하여 수지를 경화시킨다.

수지를 경화시킨 후에, 각 셀을 편광 현미경으로 관찰하면, 포토마스크(15a)의 도트 패턴과 동일한 균일 패턴을 갖는 액정 도메인, 즉 화소의 패턴과 동일한 균일 패턴이 형성되는 것을 알 수 있다. 비교예 3 및 4에서는, 셀 간격이 작으므로, 액정 재료 및 고분자 재료가 서로 상분리될 때, 고분자 재료를 광조사 영역으로 이동시킬 수 없다. 이 때문에, 고분자 재료가 화소 영역(22)에 남는다. 이것은 명세서의 배경 부분에 기재한 바와 같은 문제를 일으킨다.

다음, 표시 셀의 양쪽면에 두개의 교차된 편광판을 접착시켜 각 화소 영역(22)의 복수개의 액정 영역(17)이 고분자 벽(16)으로 구획된 액정 표시 소자를 제조한다. 이렇게 제조된 액정 표시 소자를 편광 현미경으로 관찰하면, 각 화소에 거의 하나의 액정 도메인이 존재하며, 각 액정 도메인(25)내의 액정 분자가 방사상으로 또는 동심원상으로 배향되는 경우에 보이는 제17도의 슐리렌 패턴이 관찰된다. 셀의 전기-광학 특성은 제13도에 나타나 있다. 이 측정에서, 두개의 평행 편광판을 사용하는 경우에 광선 투과율은 100% 라고 가정한다.

구성예 1 내지 4 및 비교예 3 내지 5의 상기 셀은 시야각 특성이 우수하고 TN 셀에서 발생하는 반전 현상의 문제가 없다.

[구성예 5, 6, 7 및 8 그리고 비교예 6, 7 및 8]

실시예 1 및 2는 비교예 6 내지 8과 함께 구성예 5 내지 8을 기본으로 설명된다.

구성예 5, 6, 7 및 8 그리고 비교예 6, 7 및 8에서, 두 기판(12, 13) 사이의 셀 간격이 4.8㎛로 되도록 고정된 것을 제외하고는 상기 실시예에서와 동일하게 셀을 제조하였다. 표3에 나타낸 바와 같이, 액정 영역(17)에서 액정 분자의 트위스트 각은 액정물질에 첨가되는 키럴 액정의 양을 변화시킴으로써 변경되었다.

액정 표시 소자(1)는 구성예 1 내지 4에서와 동일한 물질과 방법을 사용하여 제조되었다. 액정 표시 소자(1)의 광선 투과율은 제15도의 트위스트 각과 관련하여 작도되었다. 액정 표시 소자(1)의 실제 사용을 위해서는, 광선 투과율은 백 라이트 특성을 고려할 때 40%이상이 되어야 한다. 제15도에서 나타낸 바와 같이 비교예 6 내지 8에서 광선 투과율이 40% 미만인 반면, 구성예 5 내지 8에서의 광선 투과율은 40% 이상이다. 그러므로, 구성예 5 내지 8에서의 액정 표시 소자(1)는 콘트라스트가 우수하다.

구성예 5 내지 8과 비교예 6 내지 8에서의 상기 액정 표시 소자(1)는 우수한 시야각 특성을 갖고 TN 셀에서 야기되는 반전 현상(reverse contrast viewing)와 같은 문제는 없다.

이와는 별도로, 제18도에 도시된 포토마스크(15b)가 사용된 것을 제외하고는 구성예1 내지 4와 비교예3 내지 5에서와 동일한 방법으로 액정 표시 소자(1)를 제조하였다. 이 제조된 액정 표시 소자를 편광 현미경으로 크로스 니콜 상태하에서 관찰한 결과, 제19도에서 도시된 바와 같이 각 화소영역(22) 중의 중앙부에 고분자 재료로 이루어진 고분자섬(40)이 남아있고 각 화소 영역(22)이 수지벽(16)에 의해 구획되어 있는 구조로 되어 있다.

그 다음, 직교하는 2매의 편광판을 액정 표시 소자의 양측에 부착하였다. 액정 표시 소자의 광선 투과율은 제13도에서 곡선(32)으로 나타낸다.

제13도에서 알 수 있는 바와 같이, 고분자 재료가 고분자섬(40)등으로 각 화소 영역(22)에 인입되면, △nㆍd의 적정 범위는 좁아진다.

[실시예 3]

본 실시예는 저전압에서의 구동을 가능하게 하는 액정 표시 소자의 경우를 나타낸다. 이 액정 표시 소자에 있어서 구동되는 액정 재료는 그 점성은 낮고 유전율 이방성이 큰 것이 요망된다. 점도(μ)는 20℃에서 50 mPaㆍs이하인 것이 바람직하고, 특히 20mPaㆍs 이하인 것이 바람직하다. 또한, 20℃에서의 유전율 이방성(△)는 +3(1 kHz)이상인 것이 바람직하고, +5(1 kHz)이상인 것이 더욱 바람직하다.

[구성예 9]

구성예 9에 따라 실시예 3을 설명한다.

먼저, ITO로 만들어진 200개의 전극선(3, 4)을 두께가 각각 1.1mm인 연유리(flint glass, 니뽄 쉬트 글래스 컴패니 제품)로 만들어진 기판(1, 2)상에 형성하였다. 상호 50㎛의 거리에서 두께 50mm 및 폭 200㎛의 전극선(3, 4)을 형성하였다. 기판(1, 2)를 서로 부착시키고 입경 6㎛의 스페이서를 끼워서 전극선(3, 4)이 서로 대향하도록 한다.

중합성 화합물로서 트리메틸올 프로판 트리메타크릴레이트 0.1g, 2-에틸헥실 아크릴레이트 0.4g, 및 이소보르닐 아크릴레이트 0.5g을 포함하는 혼합물을 사용하였다. 액정으로서는 0.3%의 CN(cholesteric nonalate)을 20℃에서의 점도(μ)가 15 mPaㆍs이고, 유전율 이방성(△)이 +5.2인 ZLI-4792(Merck사제)에 첨가함으로써 얻어진 혼합물을 사용하였다. 광중합성 화합물, 액정, 및 광중합 개시제(Irgacure 184) 0.1g을 셀에 주입하였다.

제20도에 나타낸 포토마스크(15c)를 셀에 놓고, 평행광선이 얻어지는 고압 수은램프에 의해 자외선을 10 mW/㎠로 10분간 조사하여 광중합성 화합물을 경화시켰다.

마지막으로, 셀의 양측에 직교 편광판을 부착시켜, 시야각 특성이 우수하고 저전압에서 구동가능한 액정 표시 소자가 얻어졌다. 구동전압은 다음의 비교예9와 함께 표 4에 나타냈다.

[비교예 9]

구성예 9와 마찬가지로 셀과 광중합성 화합물을 제조하였다. 액정은 20℃에서의 점도(μ)가 31 mPaㆍs이고, 유전율 이방성(△)이 +2.4인 ZLI-2244-100(머크사제)에 0.4%의 CN을 첨가함으로써 얻어진 혼합물 4g을 사용하였다. 이들 광중합성 화합물, 액정, 및 광중합 개시제(Irgacure 184) 0.1g를 혼합하여, 셀 중에 주입하였다. 상기와 동일한 조건하에서 얻어진 셀을 포토마스크를 통해 자외선으로 조사시켰다. 그 후, 셀의 양측에 직교 편광판을 부착시켰다.

여기서 말하는 구동 전압이란 액정 표시 소자의 투과율이 전압 무인가시의 10%로 되는데 필요한 전압을 말한다.

[구성예 10]

구성예 10을 기준으로 실시예 3을 설명한다. 액정 표시 소자를 다음과 같이 제조하였다.

셀과 광중합성 화합물은 구성예 9에서와 동일한 방법으로 제조되었다. 액정으로서는, V가 1.83V인 ZLI-5091(Merck사제)에 0.3%의 CN을 첨가함으로써 얻어진 혼합물 4g을 사용하였다. 광중합성 화합물, 액정, 및 광중합 개시제(Irgacure 651) 0.5g을 혼합한 후, 셀에 주입하였다. 얻어진 셀을 상기와 동일한 조건하에서 포토마스크를 통해 자외선으로 조사시켰다. 그 후, 셀의 양측에 직교 편광판을 부착시켰다. 그 결과, 시야각 특성이 우수하고 저전압에서 구동가능한 액정 표시 소자가 얻어졌다. 구동전압은 하기 비교예10의 결과와 함께 표5에 나타냈다.

[비교예 10]

구성예 9와 마찬가지로 셀 및 광중합성 화합물을 제조하였다. 액정으로서는, V가 2.23V인 ZLI-4749(머크사제)에 0.3%의 CN을 첨가함으로써 얻어진 혼합물 4g을 사용하였다. 광중합성 화합물, 액정, 및 광중합 개시제(Irgacure 651) 0.1g을 혼합한 후, 셀에 주입하였다. 얻어진 셀을 상기와 동일한 조건하에서 포토마스크를 통해 자외선으로 조사시켰다. 그 후, 셀의 양측에 직교 편광판을 부착시켰다.

여기서 말하는 구동전압이란 액정 표시 소자의 광선 투과율이 전압 무인가시의 10%로 되는데 필요한 전압을 말한다. 표 5에서 V은 다음과 같이 측정하여 얻어진 값을 말한다.

2매의 7059 유리(코닝사제)상에 ITO막을 100nm의 두께로 하여 이 2매를 서로 부착시켰을 때에 중복되는 ITO막 부분이 1㎝ x 1㎝로 되도록 형성한다. 이 2매의 기판의 전극을 형성한 쪽에 배향막 옵토머(alignment optomer) AL-1051(일본합성고무사 제품)을 도포하고, 나일론천으로 러빙 처리 했다. 러빙 면이 서로 직교한 상태에서 대향하도록 기판을 부착한다. 이 때, 플라스틱 비드를 개재시켜 셀 갭이 5.5 ㎛로 되도록 부착시킨다. 상기 셀에 액정시료를 주입하고, 직교 편광판을 셀의 양측에 부착시켰다. 상기 편광판 부착 셀을 오츠카덴시사제의 포탈(Photal:IMCU-7000)로 전압-광선 투과율(V-T) 특성을 25℃에서 측정하였을 때, 광선 투과율이 초기 상태의 광선 투과율의 90%로 되었을 때 전압을 V으로 하였다.

상술한 바와 같이, 본 실시예에서 설명한 조건을 만족하는 액정을 사용하여 액정과 고분자 재료를 규칙적으로 상분리시켜 편향판을 사용하는 액정 표시 소자를 제조하면 액정 표시 소자는 낮은 구동전압으로 구동될 수 있다.

현재 일반적으로 사용하고 있는 TFT 구동용 IC에 인가될 수 있는 전압은 7V까지 이고, 비교예 9, 10과 같은 표시 소자에 있어서는 충분한 블랙 레벨이 얻어지지 않아 콘트라스트가 낮아지는 문제가 있다. 그러나 본 실시예에서 사용한 액정을 사용하면 7V에서 비교적 충분한 블랙 레벨이 얻어지고, 양호한 콘트라스트가 얻어졌다.

[실시예 4]

광선 투과율을 현저히 개선시킨 액정 표시 소자를 설명한다.

본 실시예에서, 액정 재료의 트위스트각을 90°로 유지한채 △nㆍd 특성을 700nm 내지 1500nm의 범위에서 변화시킴으로써, 1250nm에서 광선 투과율이 부분적인 최대값에 도달하도록 변화하는 것을 알게 되었다.

또한, 마찬가지로, 액정 재료의 트위스트각을 270°로 유지한채 △nㆍd 특성을 200nm 내지 1000nm에서 변화시킴으로써, 650nm에서 광선 투과율이 부분적인 최대값에 도달하는 것을 알게 되었다.

더욱이, △nㆍd을 650nm로 유지한채, 액정 재료의 트위스트각을 180 내지 360°로 변화시킴으로써, 270°에서 광선 투과율이 부분적인 최대값에 도달하는 것을 알게 되었다.

[구성예 11, 12, 13 및 14 그리고 비교예 11, 12, 13 및 14]

실시예 4는 구성예 11 내지 14에 따라 설명한다. 비교예 11 내지 14를 함께 설명한다.

ITO 투명 전극(예, 두께 50nm)을 각각 갖는 2개의 유리 기판(예, 두께 1.1mm)을 사용하여 셀을 제조한다. 스페이서를 각 셀에 주입하여 셀 간격(d) 7.4㎛(비교예 11), 9.5㎛(비교예 12), 10.6㎛(구성예 11), 11.7㎛(구성예 12), 13.2㎛(구성예 13), 14.6㎛(구성예 14), 15.4㎛(비교예 13), 및 15.9㎛(비교예 14)를 얻었다.

그 다음, R-684(니뽄 가야쿠사 제) 0.1g, p-페닐스티렌 xg, 이소보르닐 메타크릴레이트 0.425g, 이소보르닐 아크릴레이트 yg, 액정물질 ZLI-4792(기판들 간의 액정 트위스트 각이 각 셀에 따라 90°로 되도록 첨가된 S-811) 4g, 및 광중합 개시제(Irgacure 651) 0.025g을 혼합하였다. 이들 혼합물을 35℃에서 투명상태로 각 셀에 주입하였다. 그 다음, 제16도에 도시된 포토마스크(15a)를 각 셀에 위치시켰다.

똑같은 온도 조건하에서, 각 표시 셀에 포토마스크(15a)를 통해 고압 수은 램프를 사용하여 10mW/㎠에서 평행 광선으로 1초 동안 조사시킨 다음, 표시 셀을 30초 동안 조사없이 정치시켰다. 이러한 과정을 20회 반복하였다. 그 다음, 표시 셀을 자외선으로 10분 동안 조사시켜 수지를 경화시켰다. x와 y의 양은 다음과 같이 결정되었다.

표 6에서 알 수 있듯이, 셀 두께가 두꺼워짐에 따라 p-페닐스티렌의 비율을 감소시켜서, 액정 재료와 폴리머 사이의 상분리를 명확히 하고 포토마스크에 가까운 균일성(uniformity)을 갖는 액정 영역을 형성한다.

이렇게 제작된 셀을 편광 현미경으로 관찰했더니, 포토마스크와 동일한 균일성을 갖는 액정 도메인이 관찰되었다. 또, 제3도에 도시된 것과 동일한 스리렌 모양이 관찰되었다. 구성예 11~14와 비교예 11~14에서는, △nㆍd를 300~650㎛로 했을 경우의 구성예 1~4와 비교하여, 보다 균일성이 양호한 액정 도메인이 관찰되었다. 그 이유는 다음과 같다.

구성예 11~14와 비교예 11~14의 셀 두께는 구성예 1~4와 비교예 3~5와 비교해 더 두껍다. 따라서, 수지의 자외선 경화에 의해 생기는 액정과 수지의 상분리 과정중에 수지가 쉽게 분산되고, 고분자벽의 균일성은 포토마스크의 균일성과 보다 잘 일치된다.

전압을 인가하지 않았을 때 각 셀의 광선 투과율이 제21도에 도시되었다. 제21도에서, 각 셀의 트위스트 각은 90°로 설정되었다. 여기서, 2장의 평행한 편광판을 사용할 경우의 광선 투과율을 100%라고 하자.

구성예 11~14와 비교예 11~14의 각 셀은 시각 특성이 우수했고 TN 셀에서 생기는 문제점인 반전현상이 관찰되지 않았다.

제21도에서 이해할 수 있듯이, 구성예 11~14의 액정 표시 소자의 광선 투과율과 △nㆍd 특성 사이에는 다음과 같은 관계가 있다. 셀의 액정재료의 트위스트 각이 90°일 때, 광선 투과율은 △nㆍd 특성이 650nm 이상일 경우에는 저하되고 △nㆍd이 700~1500nm일 경우에는 증가한다. 이 영역에서 △nㆍd의 값을 최적화할 경우에, △nㆍd이 1000nm 또는 1400nm 이상일 때는 광선 투과율이 저하되면서, 적색(700~800nm, 1400~1500nm), 청색(800~900nm), 녹색(900~1000nm) 표시가 얻어진다. 따라서, 이 영역은 액정 표시 소자에 적당하지 않다.

이상의 이유로, △nㆍd 특성이 700~1500nm 범위에 있으면, 액정 표시 소자로서 사용될 범위는 1000~1400nm가 바람직하고 1100~1300nm 범위는 더 바람직하다.

따라서, 액정 영역들이 수지벽에 의해 구획되어 있는 액정 표시 소자에 있어서는, 굴절율 이방성 △n과 셀의 두께 d의 곱을 1000~1400nm 범위로 설정하고, 액정 재료를 셀 안으로 주입할 때 기판들 사이의 액정의 트위스트 각을 45°~ 150°범위로 설정하는 것이 바람직하다.

[구성예 15, 16, 17, 18 및 비교예 15, 16, 17, 18]

구성예 15~18을 기본으로 실시예 4를 설명하면 다음과 같다.

구성예 12~15, 비교예 11~14와 동일한 방법으로 다음 조성비로 액정과 중합성 재료를 혼합하였다.

액정중의 키럴제(S811)의 비율은 액정의 트위스트 각이 270°가 되도록 각 셀의 두께에 따라 결정했다.

각 셀의 구성은 구성예 11~14, 비교예 11~14와 동일하게 제작되었다. 각 실시예의 셀 두께는 표 8과 같이 결정했다. 그 결과, 각 셀의 △nㆍd 특성이 표 8과 같이 구해졌다.

그 후, 구성예 11~14, 비교예 11~14에서와 동일한 방법으로 이 혼합물을 각각의 셀에 주입하고 포토마스크를 통해 자외선에 노출시켜 중합성 재료를 경화시켰다.

이렇게 제작된 각각의 셀을 편광 현미경으로 관찰했더니, 포토마스크와 동일한 균일성의 액정 도메인이 형성되었다. 또, 제3도와 동일한 슐리렌 모양이 관찰되었다. 비교예 15에서는 셀의 두께가 작기 때문에, 중합성 재료가 자외선의 비조사 영역으로부터 조사 영역으로 이동하지 않았고, 고분자가 각 화소내에 잔존하였다.

또, 구성예 11~14, 비교예 11~14의 방법과 동일한 방법으로 제22도에 도시된 것과 같이 △nㆍd 특성에 대한 광선 투과율의 의존성을 측정했다. 제22도의 각 셀의 트위스트 각은 270°로 하였다. 각 셀은 시각 특성이 우수하였고, TN 셀에서 문제로 되는 반전현상 등은 관찰되지 않았다.

제22도에서 알 수 있듯이, 셀의 액정 재료의 트위스트 각이 270°인 액정 표시 소자 각각에서, △nㆍd 특성이 200~1000nm의 범위에서 변화했을 때, 광선 투과율은 550nm 이하 또는 800nm 이상에서 저하되었고, 청색(200nm~550nm), 적색(800nm~1000nm) 표시 소자들이 얻어졌다. 따라서, 이 범위는 액정 표시 소자에 적합하지 않다.

이 때문에, 트위스트 각이 270°부근이고 △nㆍd 특성이 200nm~1000nm의 범위일 경우, 액정 표시 소자로 사용될 △nㆍd 특성의 범위는 550nm~800nm가 바람직하지만, 600nm~750nm가 더 바람직하다.

[구성예 19, 20, 21 및 비교예 19, 20, 21 22]

구성예 11~14, 비교예 11~14에서와 같은 방법으로 표 9의 조성을 이용해 액정과 중합성 재료의 혼합물을 만들었다.

액정중의 키럴제(S811)의 비율은 각 셀의 갭(6.9㎛)에 따라서 액정의 트위스트 각이 표 10에 도시된 바와 같이 되도록 결정했다.

각 셀의 구성은 구성예 11~14, 비교예 11~14와 동일하게 제작되었다. 각 실시예의 셀 두께는 표 8과 같이 결정했다. 그 결과, 각 셀의 △nㆍd 특성이 표 8과 같이 구해졌다.

구성예 11~14, 비교예 11~14와 동일한 방법으로 각각의 셀을 제작하였다. 각 셀의 두께를 6.9㎛로 하였다. 그 결과, 각 셀의 △nㆍd는 650nm로 결정되었다.

그 후, 구성예 11~14, 비교예 11~14와 같은 방법으로 이 혼합물을 셀에 주입하고 포토마스크를 통해 자외선에 노출시켜 중합성 재료를 경화시켰다.

이렇게 제작된 각각의 셀을 편광 현미경으로 관찰한 결과, 포토마스크와 같은 규칙성을 갖는 액정 도메인들이 형성되었다. 또, 제3도와 같은 슐리렌 모양이 관찰되었다.

또, 구성예 11~14, 비교예 11~14와 같은 방법으로 제23도에 도시된 것과 같이 트위스트각에 대한 광선 투과율의 의존성을 측정했다. 제23도에서, 각 셀의 △nㆍd을 650nm로 설정하였다. 각 셀은 시각 특성이 우수하였고, TN 셀에서 문제로 되는 반전 현상 등은 관찰되지 않았다.

제23도에서 알 수 있듯이, △nㆍd 특성이 650nm인 상태에서 트위스트 각이 270~360°범위에서 변했을 때, 광선 투과율이 240°이하 또는 300°이하에서 저하되었고, 황색(180~210°), 청색(330~360°) 표시가 얻어진다. 따라서, 이 범위는 액정 표시 소자에 적합하지 않다.

이 때문에, 트위스트 각이 180°~360°범위에 있고 △nㆍd 특성이 650nm 근방에 있을 경우, 액정 표시 소자에 사용되는 트위스트 각의 범위는 240°~300°가 바람직하고, 255°~285°가 더 바람직하다.

구성예 15~21에서 알 수 있듯이, 액정 재료의 굴절율 이방성 △n과 셀의 두께 d의 곱을 550~800nm 범위로 설정하고, 액정 재료를 셀 안으로 주입할 때 기판들 사이의 액정의 트위스트 각을 240°~300°범위로 설정하는 것이 바람직하다.

[실시예 5]

본 실시예는 필요에 따라, 액정 패널의 열화를 방지하고 신뢰성을 향상시키기 위해, 파장 300nm 이하의 단파장 영역의 자외선을 차단하는 커트 필터 등을 광원측에 장착한다. 더 구체적으로는, 고에너지의 딥(deep)-UV광(파장 300nm 이하)을 포함하지 않는 광을 액정셀에 조사하여 광상 분리(light phase separation)를 진행시킨다.

통상, 상술한 바와 같이, 고분자 분산형 액정 소자의 제조 방법으로서 광중합 상분리 방법이 사용되어 왔다. 이 방법에 따르면, 상분리 상태의 제어가 용이하므로, 정밀도가 높은 간단한 소자의 제작에 극히 중요하다. 그러나, 이 방법에 의하면 단파장의 고에너지 성분을 포함하는 자외선 등의 전자파의 조사에 의한 표시 특성의 열화가 문제로 된다. 이 문제를 해소할 목적으로, 단파장 광선을 차단한 자외선을 사용하는 발명이 일본국 특개평 제4-188105호 공보에 개시되어 있다.

그러나, 상기 공보에는, 액정 재료의 종류에 따라 변하는 자외선 흡수 특성에 대한 명확한 단파장 자외선 영역의 정의가 없다. 또한, 이 발명에는, 고에너지 자외선에 의한 퇴색이나 변색으로 인해 컬러 필터가 열화되는 컬러 액정 표시 장치나, 분광 투과 특성이 유리 기판과는 다른 플라스틱 기판을 갖는 필름 액정 소자 등에 대한 자외선의 파장의 제한이 기재되어 있지 않다. 따라서, 이 공보에 기재된 발명에 따르면, 재현성이 우수하면서도 신뢰성을 만족시키는 액정소자를 제작하기가 곤란하다.

본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제조 방법에서는 광 조사시에 파장 300nm 이하의 단파장 자외선 성분을 차단한 규칙적인 분포의 조사도를 갖는 광을 사용한다. 이 때문에, 고에너지 영역의 광을 차단할 수 있으며, 자외선부에 흡수대를 갖는 액정 재료나 광중합 개시제의 부반응을 억제함과 동시에, 자외선부나 가시선부에 흡수대를 유지하는 컬러 필터의 퇴색이나 변색 등의 열화를 크게 감소시킬 수 있다. 특히, 컬러 액정 표시체를 제작할 경우에는 컬러 필터의 열화가 중요한 문제이다. 이 현상은 열이나 광 등의 에너지가 컬러 필터내의 안료 분자, 불순물 금속 이온, 산소 등의 라디칼 반응에 작용하는 것이 주원인이라고 생각된다. 본 발명의 방법에 따르면, 이 현상은 고에너지의 단파장 자외선을 차단하여 해결할 수 있다.

또, 액정 재료와 중합성 수지 재료중에 혼합된 광중합 개시제의 광분해 등에 의해 부반응을 억제할 수 있다. 따라서, 액정 재료의 전하 보유율의 저하를 방지할 수 있고, 재현성과 표시 특성에 대한 신뢰성이 우수한 액정 표시 소자를 제작할 수 있다.

[구성예 22]

이하, 실시예 5를 구성예 23에 기초하여 설명한다.

제24도에 도시된 것과 같은 컬러 필터(10)와 투광부(28)를 갖는 대향 기판과, 제25도에 도시된 것과 같은 투명부(29)를 구비한 블랙 마스크(24)를 갖는 TFT 기판을 접합하여 두께 5.5㎛의 액정셀을 제작하였다.

이렇게 제작된 셀에 실시예 1과 동일한 혼합물을 주입하였다. 상기 셀에 실시예 1과 같은 광원에 의해 자외선을 조사하며, 컬러 필터(10)를 마스크로 사용하였다. 이때, 제26(a)도에 도시된 분광 투과 특성을 갖는 자외선 컷 필터 UV-32(HOYA사 제작)를 광원에 장착하여 파장 300nm 이하의 자외선을 차단하였다. 따라서, 상기 셀에 실시예 1과 같은 방식으로 광이 조사되어 자가정렬식으로 광경화되었다. 편광 현미경으로 이 셀을 관찰한바, 각 화소의 거의 전부가 단일 도메인으로 채워졌고 각 도메인의 액정 분자가 동심원상으로 배향되었다.

그 후, 셀의 양측에 편광판을 서로 직교된 상태로 부착하여 본 발명의 액정 표시 소자를 제작하였다. 전압을 인가하지 않은 상태의 셀의 투과율과 전하보유율을 표 11에 표시하였다. 여기서, 전하보유율은 C/C100(%)으로 정의되고, C는 16.7ms 동안 셀에 유지되는 전하량이고, C는 전하가 16.7ms 동안 이론적으로 이동하지 않을 경우의 전하량이다.

이 측정에서는, 2개의 평행한 편광판의 경우의 광선 투과율을 100%로 하였다. 전하보유율은 제27(a)도에 도시된 측정 장치로 측정하였다. 상기 측정 장치에는 액정셀을 구성하는 전극 사이의 전압 V를 인가하기 위한 스위칭 필드 효과 트랜지스터, 구동회로, 및 액정층으로부터 방전된 전하를 측정하는 오실로스코프가 있다.

제27(b)도는 이 측정장치에 의해 발생된 게이트 신호 V를 나타내고; 제27(c)도는 측정장치에 의해 발생된 소스 신호 V를 나타내며; 제27(d)도는 액정셀에 인가된 전압 V를 나타낸다.

[비교예 23]

구성예 22에 사용된 것과 같은 TFT 액정셀에 구성예 22와 동일한 혼합물을 주입한다. 이렇게 얻은 액정셀의 컬러 필터를 마스크로 사용하여 실시예 1과 같은 고압 수은등으로 셀에 자외선을 조사했다. 이때, 실시예 1과 동일한 조사 조건으로 자기정렬되도록 광중합 처리를 행하였다. 편광 현미경으로 이 액정셀을 관찰한 바, 각 화소의 거의 전체가 구성예 22와 같은 방식으로 단일 도메인으로 점유되었고 각각의 도메인의 액정 분자들이 동심원상에 배열된 것을 확인하였다. 전압을 인가하지 않은 상태의 액정셀의 광선 투과율과 전하 보유율을 표 11에 나타냈다. 표 11에서 알 수 있듯이, 구성예 22의 액정셀은 비교예 23의 액정셀에 비해 전하 보유율이 더 우수하다.

[구성예 23]

제28도에 도시된 광학 특성을 갖는 한쌍의 아크릴계 플라스틱 기판(두께 400㎛)을 스페이서를 사용하여 접합해 두께 5.5㎛의 액정셀을 제작했다.

이어서, 이 액정셀에 균일 혼합물을 진공 주입했다. 이 혼합물은, R-684(니뽄 가야쿠사 제품) 0.10g, 스티렌 0.05g, 이소보르닐 아크릴레이트 0.85g, 액정 재료 ZLI-4792(머크사 제품: S-811을 0.4 중량% 함유) 4g, 및 근자외선 영역의 가시 광선을 흡수할 수 있는 광중합 개시제(시바가이기사 제품인 Lucirin TPO)를 균일하게 혼합한 것을 사용했다. 진공 주입을 할 때는, 100Pa, 30℃에서 주입을 개시한 직후에 기판과 주입판을 60℃까지 가열시켰다.

이어서, 실시예 1에서 사용된 포토마스크(15)(제2도 참조)를 액정셀의 위에 배치하고, 실시예 1과 같은 식으로 상기 액정셀에 포토마스크(15)의 도트 패턴을 통해 자외선을 조사하였다. 이때, 제26(b)도에 도시된 분광 투과 특성을 갖는 자외선 커트 필터 UV-34(HOYA ㈜ 제품)을 장착하여 파장 320nm 이하의 자외선을 차단하였다.

그뒤, 액정셀의 양측에 편광판을 직교되게 접합하여 구성예 23의 액정 표시 소자를 제작하였다.

구성예 23에서 제작된 액정셀에서, 구성예 22와 마찬가지로 각 화소의 거의 전체가 단일 도메인으로 점유되었고, 각 도메인의 액정 분자들은 동심원상으로 배향되었다. 또, 이렇게 제작된 액정셀은 전기광학적 특성이 우수하여 화소영역내의 디스클리네이션 라인의 발생이 억제되고, 고 콘트라스트로 시각 특성이 우수하였다. 전압을 인가하지 않았을 때의 광선 투과율과 전하 보유율을 표 12에 나타내었다.

[비교예 24]

구성예 23과 동일하게 셀을 제작했지만, 자외선을 차단하지 않고 반사판을 통해 조사를 하였다. 이어서, 상기 셀의 양쪽에 편광판을 직교되게 접합하여 액정셀을 제작하였다. 이 액정셀에 전압을 인가하지 않았을 때의 광선 투과율과 전하 보유율을 표 12에 나타내었다.

구성예 23과 비교예 24의 액정셀에 전압을 인가하지 않았을 때의 광선 투과율을 셀을 제작한지 100시간 후에 측정하였다. 구성예 23의 액정셀에서는, 제작한 직후의 액정셀과 제작한지 100시간 지난 뒤의 액정셀 사이의 광선 투과율에 아무런 차이가 발견되지 않았다. 반면에, 비교예 24의 액정셀에서는 제작한지 100시간 뒤에 부분적으로 광선 투과율이 변하여 콘트라스트가 저하되었음이 밝혀졌다. 또, 구성예 23에서 전압 무인가시의 광선 투과율이 비교예 24보다 훨씬 우수하였다.

구성예 23에 따르면, 액정셀에 조사될 자외선의 파장은 액정 표시 소자의 제작중에 조절된다. 따라서, 빛에 의한 액정 재료의 열화가 방지된다. 또, 컬러 필터나 기판 등의 액정 표시 소자를 구성하는 부재에 영향을 미치는 고에너지 영역의 광을 차단하여, 컬러 필터의 퇴색이나 변색 등 표시 특성에 악영향을 주는 문제점을 방지할 수 있다. 그 결과, 재현성과 표시 특성에 대한 신뢰성이 우수한 액정 표시 소자를 제작할 수 있다.

[단파장광을 차단한 자외선 조사]

단파장 영역의 광은 여러가지 방법으로 효과적으로 차단할 수 있다. 예컨대, 자외선 커트 필터를 통해 광을 투과시키거나, 또는 공기에 대한 투과율이 100%라고 가정하고 파장 300nm의 투과율을 10% 이하로 하거나 파장 350nm의 투과율을 40% 이상으로 하는 무기 또는 유기 재료를 통해 광을 투과시킨다.

코닝 7059F 등의 중성 붕소-규화 유리 기판이나 ITO를 코팅한 붕소-규화 유리 기판을 사용할 경우, 공기에 대한 파장 300nm의 광선 투과율이 약 20%이고, 공기에 대한 파장 320nm의 광선 투과율은 약 40%이며, 공기에 대한 파장 340nm의 광선 투과율은 약 50%이다. 이 때문에, 본 발명에 따르면, 차단할 단파장 자외선광 근방의 범위로서 파장 300nm 이하가 좋지만 파장 320nm이하는 더 바람직하다. 파장 340nm 이하의 광을 차단하면 아주 효과적이다.

더 구체적으로, 차단할 자외선 영역을 확대함에 따라, 고에너지의 단파장 자외선에 의한 액정 표시 소자의 열화를 더 효과적으로 방지할 수 있다. 그러나, 본 발명의 방법을 이용해 광중합 상분리를 진행시키려면, 광원으로 사용할 고압수은등, 금속 할라이드 등의 365nm의 국부 최대 파장을 이용하는 것이 중요하므로, 적어도 파장 350nm에서 약 65% 이상의 광선 투과율이 필요하다. 따라서, 상술한 자외선 영역을 차단하는 것이 바람직하다.

한편, 기판을 경량화하고 다양화할 목적으로 예컨대 제28도에 도시된 광학 특성을 갖는 플라스틱 기판을 사용할 경우에는, 파장 320nm의 단파장 자외광 영역의 성분을 차단하는 것이 좋다. 구체적으로, 파장 340nm 이하의 광을 차단한다. 그 이유는 유리 기판의 경우와 같다.

본 발명에 사용되는 자외선 커트 필터로서는 무기 유리 재료나 유기 재료를 사용한다. 유기 재료에는, 유연성과 굴곡성을 이용하여 상술한 파장 영역을 만족하는 광학 특성이 우수한 플라스틱 등이 있다. 또는, 상술한 광학 조건들을 만족하는 무기 재료나 유기 재료를 단독 또는 고체 상태나 액체 상태로 화합하여 사용할 수도 있다. 특히, 자외선 커트 필터로서는 상술한 UV-32, UV-34 등(HOYA 제품)을 포함한 시판품을 사용한다.

[실시예 6]

본 실시예에 따르면, 하나 또는 다수의 액정 도메인으로 이루어지고 고분자 벽으로 구획되어 있는 액정 영역들을 갖는 액정에서, 각 액정 영역은 최소의 액정 도메인으로 구성되고, 각 도메인의 액정 분자들은 동축 배열되며, 액정 분자들의 배향의 극은 셀 표면과 대향한다. 따라서, 최소 갯수의 디스클리네이션 라인, 하이 콘트라스트, 및 우수한 시각 특성을 갖는 액정 표시 소자를 제작할 수 있다.

이런 액정 표시 소자를 제작하기 위해, 셀내의 혼합물이 자외선에 노출될 때 이 혼합물에 전기장과 자기장을 인가한다. 또는, 이 혼합물을 형성하는 중합성 재료에 불소 화합물을 포함시킨다.

[도메인내의 액정 분자의 배향 상태]

실시예 6에 따른 액정 표시 소자의 액정 도메인에서는, 제29(a)도와 같이, 편광자와 검광자의 편광축 방향으로 +자형 소광 모양이 편광 현미경으로 관찰되었다. 이 소광 모양에서, 액정 분자들의 배향 방향이 제29(b)도와 같이 한부분으로 집중되었다. 여기서, 이 집중부분을 본 발명에서는 액정 분자의 배향의 극(이하, 배향극이라 한다)으로 정의한다. 제29(b)도는 상부 기판과 액정 영역 사이의 계면을 셀의 법선 방향으로 본 것이다.

실시예 6의 방법으로 제조된 액정 표시 소자에서, 각각의 액정 영역은 배향극이 2개의 기판 중 적어도 하나를 마주보도록 배향된다. 또, 각각의 배향극은 후술한 제조 공정중에 포토마스크중 광의 강도가 약한 영역에 각각 대응하도록 형성된다. 이런 배열의 액정 도메인에서는, 전압을 인가한 상태에서 도메인 내부가 아닌 그 주변에 디스클리네이션 라인이 형성된다.

따라서, 포토마스크의 광 조사 영역을 제어하여, 각각의 화소 외측에 디스클리네이션 라인들을 고의적으로 형성할 수 있다. 또, 포토마스크의 차광부 밑에 디스클리네이션 라인들을 형성하여, 액정 표시 소자의 블랙 레벨을 향상시켜, 콘트라스트를 향상시킨다. 또, 배향극을 기판 표면에 마주보게 하여, 하나의 액정적내의 액정 분자를 전방위로 배향한다. 이렇게 되면, 종래의 TN 셀에서 1 화소의 액정 분자들이 전방위로 배열된 것과 같은 효과를 발휘한다. 그 결과, 종래의 TN 셀에서 전압 인가시에 비수직 방향으로 관찰되던 반전 현상을 제거할 수 있다. 전계나 자계를 인가하지 않은 상태로 제작된 셀과 비교해, 각 화소의 광학 특성의 변동이 줄어들고, 표시의 불균일 상태를 감소시킬 수 있다.

제30(a)도~제30(d)도와 제31(a)도~제31(d)도는 액정 영역의 각 부분의 3차원 배향 상태의 개략도이다. 이들 도면에서, 원반형 액정 영역(17)을 예로 든다.

제30(a)도~제30(d)도는 액정 분자들이 트위스트 상태로 배향된 경우이고, 제31(a)도~제31(d)도는 액정 영역에서 절단된 각각의 원형 부분내의 액정 분자들의 배향을 보여준다. 구체적으로, 제30(b)도는 상부 기판 표면 근방(Z=d)의 부분을 도시한 것이고, 제30(c)도는 중간부분(Z=d/2)을, 제30(d)도는 하부 기판 표면 근방(Z=0)을 도시한 것이다.

이들 도면에서 알 수 있듯이, 액정 분자들은 액정 영역(17)의 중심부의 축에 대해 대칭으로 배향된다. 상부 기판측에서 셀을 관찰하면, 각각의 부분이 TN과 같은 상태로 배향되어 있고, 이 TN 배향이 축대칭을 유지하면서 회전한다는 것을 알 수 있다.

제31(a)도~제31(d)도는 액정 분자들이 트위스트 없이 배향된 경우를 도시한 것이다. 제31(a)도~제31(d)도는 제30(a)도~제30(d)도에 대응한다. 도면에서 알 수 있듯이, 액정 분자들이 트위스트 없이 배향되기 때문에, 상부 기판 표면 근방(Z=d)의 일부분, 중간부(Z=d/2) 및 하부기판 표면 근방(Z=0)의 일부분에서 동일한 배향을 얻는다. 또, 제30(b)도~제30(d)도와 마찬가지로 액정 분자들이 중심축에 대해 대칭으로 배향된다는 것을 알 수 있다.

[액정 분자가 축대칭 상태로, 또한 배향극이 셀 표면에 면하도록 배열하는 방법]

액정 분자들이 축대칭 배향되고 배향극이 셀 표면에 대향하도록, 액정, 광중합 재료, 및 필요하다면 광중합 개시제를 함유하는 혼합물을 셀에 주입하고, 이 혼합물을 전계나 자계를 인가한 상태에서 포토마스크를 통해 자외선에 노출시킨다. 전계와 자계를 동시에 인가해도 좋다.

자외선 조사 도중에, 혼합물중에서 포토마스크로 차광되지 않은 영역들에 광중합 반응이 일어난다. 이어서, 광중합 재료가 소비되어 농도 경사를 형성하고, 그 결과 광중합성 재료가 포토마스크의 중앙으로부터 단부로 이동 및 확산되면서 광중합 반응이 진행된다. 한편, 혼합물중의 광중합성 재료가 소비되므로, 액정 재료가 혼합물에 용해되기 곤란해진다. 이후, 약한 조사 영역에 있는 액정 재료가 혼합물로부터 상분리를 일으켜 응집되기 시작한다.

이 때, 액정 영역 내부의 액정 분자들의 배향은, (1) 액정의 탄성 에너지, (2) 액정 영역과 등방상(isotropic phase) 사이의 계면의 배향에너지, 및 (3) 전계 및/또는 자계(이하, 외부장이라 한다)에 의한 배향에너지의 3종의 에너지에 의해 결정된다.

(3)의 외부장이 인가되지 않을 경우, 상분리의 진행에 의한 액정적의 크기의 증가와 함께 액정 분자의 배향을 지배하는 에너지가 (2)에서 (1)로 변한다. 이때, 성장후의 액정적의 배향이 결정된다. 외부장이 인가되지 않았으므로, 각 액정적내의 액정 분자의 배향의 규칙성이 저하된다. 그 결과, 편광 현미경으로 관찰하면, 제32(a)도 및 제32(b)도에 도시된 바와 같이 배향축이 정렬되지 않은 액정 분자들을 포함하는 액정 영역들이 형성됨을 알 수 있다.

[광중합 과정에서의 외부장의 영향]

실시예 6에서는, 상기 상분리 과정중에 배향을 제어하기 위해 전계나 자계 등의 외부장을 인가한다. 여기서, 외부장으로서 전계를 인가하고 액정 분자의 유전 이방성이 정인 경우를 고려한다.

제33(a)도에 도시된 바와 같이, 기판에 거의 수직으로 전계 E를 인가하면, 액정 분자들이 기판에 수직으로 배향되므로, 배향극이 기판 표면을 대향한다. 제33(b)도는 액정 영역(17)의 표면의 액정 분자의 배향 상태를 도시한 것이다.

광중합성 재료의 광중합 반응이 진행될 때, 액정 영역(17)내의 액정 분자들은 상술한 배향으로 배열된다. 그 결과, 제33(c)에 도시된 바와 같이, 상분리 초기의 액정적의 배향극인 중심축에 대해 대칭으로 배열되는 액정 영역이 형성된다. 이런 전계대신에 자계를 사용해도 같은 효과를 얻을 수 있음은 말 할 필요가 없다.

상술한 바와 같이, 광조사 중에 전계나 자계가 인가되면, 액정 영역의 배향극이 기판 표면에 대해 수직으로 되도록 조정된다. 이 때문에, 전계는 셀을 구성하는 화소 전극이 형성되어 있는 기판을 사용하여 기판 표면에 수직 방향으로 혼합물에 쉽게 인가될 수 있다. 전계는 액정셀 제작 후의 전기광학적 특성에 있어서 V(노멀리 화이트 모드에서의 광선 투과율이 10%인 전압) x 3 이하에서 인가되는 것이 바람직하다.

또, 전계의 주파수는 액정 분자들이 전계의 인가시에 용이하게 배향되도록 결정되는 것이 바람직하다. 구체적으로, 0(DC)-1 MHz가 바람직하다. 광중합 반응 초기부터 말기까지의 평균값이 Vx3을 초과할 경우, 전압을 인가하지 않은 상태의 액정 분자의 배향이 수직 배향성을 강하게 유지한다. 그 결과, 크로스 니콜에 블랙 상태가 되어, 광선 투과율이 저하된다. 자계의 경우에도, 전계의 경우와 마찬가지 이유로 평균값이 Hx3 이하인 것이 바람직하다. 여기서, H= Vx (△/△x)^1/2/d, △= _e- ₀: 액정 분자의 장축 방향과 단축 방향의 유전율 차, = _e- ₀는 액정 분자의 장축 방향과 단축 방향의 자화율 차 및 d는 셀 두께이다.

혼합물에 전계 또는 자계를 인가하는 방법은 액정 Vol.5, No.5, pp.1477-1489(1989)에 이미 개시되어 있지만, 본 발명은 복굴절 모드와, 액정 영역을 투과하는 광의 편광을 제어하는 방법에 관한 것이다. 또, 본 발명에 따르면, 각각의 액정 영역을 화소 크기로 제어하거나, 화소와 같은 규칙성을 액정 영역에 제공하기 위해 조사 강도가 변화되어 있는 광을 사용한다. 이런 구조는 물론 표시에 이용되는 물리적 현상은 상기 책에 기재된 것과 전혀 다르다. 특히, 본 발명의 각각의 액정 영역의 크기는 광산란 모드와 전혀 다르다. 따라서, 광중합 반응에 의해 형성된 액정 영역에 광중합 반응중에 인가된 전계의 영향은 광투과 모드와 광산란 모드 사이에 차이가 난다. 구체적으로, 산란 모드에서는 (액정 영역의 표면적) ÷(액정 영역의 체적)의 값이 본 발명의 값에 비해 상당히 크고, 광중합 반응중의 배향은 각 액정 영역에 강하게 잔류한다. 그러나, 본 발명에 따르면, 액정 영역의 크기가 크기 때문에, 액정의 탄성에너지가 표면 배향 에너지보다 더 지배적이다. 이 때문에, 중합시에 외부장을 인가하여 액정 분자의 배향의 균일성을 향상시켜도, 배향을 고정화하는 효과는 없다.

[실시예 6에 적합한 수지 재료의 물성]

실시예 6에서는, 경화 후의 광중합성 재료의 유리 천이 온도 T_g를 실온 이상, 바람직하게는 60℃ 이상으로 유지하고 조도가 약한 영역에 고분자 벽이나 기둥 등을 형성하지 않은 조건에서 액정 표시 소자를 제작한다. 이렇게 제작된 액정 표시 소자에서, 조도가 약한 각각의 영역의 중심 부근에 대해 액정 분자를 방사상으로 배향한다.

조도가 약한 영역에 고분자 벽이나 기둥 등이 형성되는 것을 방지하는 조건은 광중합 속도, 화소의 크기 및 셀의 두께에 의해 결정된다. 셀 두께가 일정할 경우에는, 이들 조건은 화소의 크기와 광중합 속도에 따라 수지의 조성을 변화시켜서 결정된다.

각 화소의 크기가 100㎛ 이하일 경우에는, 아크릴레이트처럼 광중합 속도가 비교적 높은 재료로 수지를 조성하는 것이 바람직하다. 반면에, 화소의 크기가 100㎛ 이상일 경우에는, 광중합 속도를 억제하는 효과를 갖는 메타크릴레이트나 스티렌 등의 공명계를 갖는 이중 결합 분자와 혼합된 아크릴레이트를 사용하여 광중합 속도를 낮추고 액정과 고분자의 상분리 속도를 낮춘다. 이렇게 하면, 고분자 재료가 조도가 약한 영역에 들어가는 것을 방지할 수 있다.

또, 광중합성 관능기의 분자내의 함유수는 액정 재료와 고분자의 상분리 속도에 영향을 미친다. 2, 3개의 관능기를 분자내에 갖는 광중합성 재료에 있어서는, 폴리머의 겔화 속도와 상 분리 속도가 빠르다. 또, 단관능 재료는 반대로 액정 재료와 고분자의 상 분리 속도를 저하시키므로, 이런 재료는 대형 화소에 적합하다. 이런 화합물은 혼합되어 사용되거나 화소의 크기에 따라 선택될 수 있다.

[구성예 24]

이하, 구성예 24를 기초로 실시예 6을 설명하지만, 본 발명은 여기에 한정되지 않는다.

ITO(두께 50nm)로 된 투명 전극을 갖는 유리 기판들(두께 1.1mm) 사이에 직경 6㎛의 스페이서를 끼워서 접합하여 셀을 제작한다.

이렇게 제작된 셀에 제34도의 포토마스크(15d)를 배치하고, 이 셀에 혼합물을 투명 상태(35℃)로 주입한다. 이 혼합물은 R-684(니뽄 가야쿠사 제품) 0.1g, 스티렌 0.05g, 이소보르닐 메타크릴레이트 0.85g, 액정재료 ZLI-4792(머크사 제품 S-811을 0.4 중량% 함유) 4g, 및 광중합반응 개시제(Irgacure 651) 0.0025g을 혼합한 것이다.

그 후, 동일한 온도 조건을 유지하면서, 1초 동안 60Hz의 교류 전압(실효치 3V)을 인가하면서, 고압 수은등을 사용해 포토마스크(15d)의 도트 패턴을 통해 평행광을 10 mW/㎠로 표시셀에 조사한 뒤, 30초 동안은 광을 조사하지 않고 두었다. 이런 사이클을 20회 반복하였다. 이후, 표시셀에 10분 동안 자외선을 조사하여 중합성 재료를 경화시켰다. 중합성 재료가 경화된 뒤, 표시셀을 편광 현미경으로 관찰하였더니, 포토마스크(15d)의 도트 패턴과 동일한 크기와 피치로 정열된 액정 도메인들이 형성되었다.

다음에, 표시셀의 양쪽에 편광판을 직교되게 접합하여, 고분자 벽에 의해 액정 영역이 구획되어 있는 액정 표시 소자를 제작하였다.

이렇게 제작된 셀을 편광 현미경으로 관찰하였더니, 제35도에 도시된 것과 같이, 매 화소마다 거의 하나의 액정 도메인들로 점유되었고, 액정의 배향극이 기판 표면에 대해 수직이며, 액정 분자들이 각 액정 도메인내에 방사상이나 동심원으로 배열되어 있는 슐리렌 모양이 형성되었다. 또, 전압을 인가한 상태에서 편광 현미경으로 셀을 관찰하였더니, 전압이 인가되어 있는 각각의 액정 도메인 주변에 디스클리네이션 라인들이 형성되었고, 전압이 포화되었을 때는 이들 라인들이 없어진다는 것이 밝혀졌다. 이렇게 제작된 셀의 전기광학적 특성들을 표 13과 제36도에 표시하였다.

표 13과 제36도에서 알 수 있듯이, 구성예 24의 셀에는 제10도에 도시된 비교예 1의 TN 셀에서 생기는 반전현상과 같은 문제가 없다. 또, 구성예 24의 셀에서는 전압포화시의 고시각방향(패널의 법선 방향에서 크게 벗어난 방향)에서의 광선 투과율의 증가도 관찰되지 않는다. 본 측정에서는 2매의 평행한 편광판을 사용할 때의 투과율을 100%로 한다.

[구성예 25]

구성예 25를 기초로 실시예 6에 대해 설명하면 다음과 같다.

구성예 24와 같은 식으로 셀을 제작하였지만, 자외선 조사중에 이 셀에 수직으로 0.3T의 자계를 인가한다.

이 셀의 양측에 편광판을 직교하도록 접합하여 종래의 TN 셀을 제작했다.

이렇게 제작된 셀의 전기광학적 특성을 표 13에 기재한다. 이 경우, 구성예 24와 같은 효과를 얻는다.

상술한 대로, 실시예 6에 따르면, 액정 분자들이 1 화소내에서 전방향으로 축대칭 배향된다. 따라서, 종래의 액정 표시 소자에서 생기는 문제점인 좁은 시야각 특성이나 반전현상 등이 해결될 수 있다. 즉, 시야각이 넓어질 수 있다.

특히, 화소내로 고분자가 혼입되는 것이 억제되고, 각 화소에는 최소 갯수의 액정 도메인들이 있으며, 액정 분자들은 디스클리네이션 라인들의 형성을 억제하도록 축대칭 배향된다. 따라서, 전압 무인가시의 시야각 특성은 물론 광선 투과율이 향상된다.

[실시예 7]

실시예 7에서는, 각각의 액정 도메인들 사이의 디스클리네이션 라인들이 억제된다. 본 실시예에서는 전압을 인가한 상태에서도 디스클리네이션 라인들을 제거하여 하이콘트라스트를 형성할 수 있다.

본 발명자들은, 액정 영역들이 고분자에 의해 둘러싸인 액정 표시 소자에서는, 액정 분자들이 각 액정 영역에 방사상으로 배향되며, 각 액정 영역을 단일 도메인(또는 복수의 도메인)이 점유하며, 콘트라스트를 개선할 수 있다는 것을 알게 되었다. 또, 고분자 벽들의 배향 상태를 제어하고 전압을 인가한 상태에서 액정 재료의 배향 방향과 고분자 벽의 배향 방향을 일치시켜서, 본 발명자들은 디스클리네이션 라인들이 전혀 형성되지 않고 액정 분자들이 축대칭 배향되어 시야각 특성이 우수하고 하이 콘트라스트를 갖는 액정 표시 소자를 개발하였다.

이하, 실시예 7을 상세히 설명한다.

[디스클리네이션 라인의 억제 원리]

액정 영역들이 고분자 벽으로 구획되어 있는 액정 표시 소자는 다음과 같은 특징을 갖는다.

(1) 각 액정 영역마다 액정 도메인들이 복수개 있는 셀에서는, 각 도메인 사이에 액정 분자들의 불연속 배향이 발생하여, 제37도와 같이 라인형 배향 결함인 디스클리네이션 라인들(18)이 형성된다. 이 디스클리네이션 라인들(18)은 진압 인가 상태에서 휘선으로 남아있으므로, 소멸되지 않고 콘트라스트를 낮게 한다.

(2) 액정 영역(17)마다 액정 분자들이 축대칭(나선형을 포함함) 배향된 셀에서는, 액정 영역(17)내에서 중앙의 불연속 점 이외에서는 디스클리네이션 라인들이 형성되지 않는다. 그러나, 제38(a)도에 도시된 바와 같이, 전압 인가시에 액정 영역(17)과 수지벽(16) 사이의 계면 근방에 디스클리네이션 라인(18)이 형성된다. 구체적으로, 전압을 인가하지 않은 상태에서, 각 액정 영역(17)의 액정 분자들은 기판에 대해 수평을 유지하면서 트위스트 상태로 배향된다. 전압을 인가할 때는 액정 분자들이 셀에 대해 수직으로 직립한다. 이 과정중에, 액정 영역(17)을 둘러싼 수지벽(16)의 배향 규제력의 영향을 강하게 받는 액정 분자의 기립 방향과 액정 영역(17)의 중심의 액정 분자들의 기립 방향은 다르다. 이 때문에, 리버스 틸트 디스클리네이션 라인, 즉 불연속선이 형성된다. (1)과 같은 식으로, 리버스 틸트 디스클리네이션 라인(reverse tilt disclination lines)은 전압을 인가할 때 휘선으로 되어 콘트라스트를 저하시킨다.

(3) 액정 영역과 수지벽의 계면에서 액정 분자가 전압 인가시에 그 배향을 안정시키도록 배향될 경우에는, 전압 인가시의 액정 영역의 주변에 형성되는 (2)와 같은 디스클리네이션 라인들이 형성되지 않는다. 이것은, 전압 인가시의 액정 영역의 중심부의 액정 분자들의 기립 방향과 수지벽에 의해 지지된 액정 분자들의 배향 방향이 일치하기 때문이다. 그러나, 이 경우에는 (2)와 마찬가지로 액정 영역 중심에 여전히 불연속 점이 형성된다.

액정 분자와 고분자의 계면에 액정 분자의 배향을 실현하기 위해, 다음 공정들을 수행한다.

단관능의 중합성 액정 재료를 사용할 경우에는, 액정 영역의 중심부에 대해 고분자벽내의 고분자를 축대칭으로 배향한다. 도는, 액정 영역 중심부의 상하면의 고분자가 액정적의 중심에 대해 프리틸트 축대칭을 갖도록 배향된다.

또, 2관능의 중합성 액정 재료를 사용할 경우에는, 단관능의 액정 재료를 사용할 경우와 마찬가지로, 고분자 표면으로부터 액정이 뛰어나올 가능성은 거의 없다. 따라서, 액정과 고분자의 계면에서 프리틸트를 억제할 수 있고, 단관능 재료를 사용하는 경우와 마찬가지로 고분자벽의 액정 분자들의 배향을 제어할 수 있다. 따라서, 전압 인가시에 디스클리네이션 라인들이 형성되는 것을 억제할 수 있다. 2관능 중합성 액정 재료가 프리틸트를 제어할 수 있으므로, △nㆍd를 최적치 이상으로 증가시킬 필요는 없다. 또, 이 재료는 전압 인가시(특히, 전압 포화시) 편광축에서 45°방향으로의 시야각 특성의 악화를 방지할 수 있다. 또, 이들 중합성 액정 재료는 단독으로 사용될 수도 있거나 단관능성 재료와 2관능성 재료를 조합하여 사용할 수도 있다.

[고분자 재료의 배향의 제어법]

고분자벽의 고분자를 전압 인가시의 액정 분자의 배향 방향과 효과적으로 일치시키려면, 액정성을 발현하는 관능기를 분자내에 갖는 액정성 광중합 재료를 액정과 광중합 재료의 혼합물에 첨가하는 것이 바람직하다. 또, 전계나 자계를 인가한 상태에서 포토마스크의 일정한 패턴을 통해 상기 혼합물에 자외선을 조사하면, 고분자벽의 고분자를 기판에 대해 부분적으로 수직으로 배향할 수 있으면서, 액정 영역의 배향축이 기판에 수직으로 정렬된다.

이상의 방법에서, 액정 재료가 등방성 상을 발현하는 온도 이상의 온도에서 노광을 행하면, 액정과 고분자의 상분리가 완벽히 행해지고 액정과 고분자의 배향이 균일화된다. 이 경우, 노광시에는 액정이 상분리되지 않고 균일한 상태에 있다. 그 후, 셀을 냉각하여 액정이 고분자로부터 점차로 상분리되게 한다. 이 조건에서, 전계 및/또는 자계를 인가한다. 이렇게 하면, 액정적의 중심 배향축이 전계 방향이나 자계 방향으로 정렬되고, 액정 분자들은 액정 영역의 중심 배향축에 대해 축대칭 배향된다. 냉각 후에 다시 노광을 행하면, 중합 반응이 더 완벽히 실시된다. 자외선은 포토마스크를 통해 또는 포토마스크 없이 조사될 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 액정 재료가 등방성 상을 발현하는 온도 이상의 온도에서 노광을 행할 경우에는, 제38(b)도에 도시된 바와 같이, 그보다 낮은 온도에서 노광을 행할 때 생기는 액정적(41)의 발생을 방지하여 콘트라스트가 더 우수해진다.

이 경우, △0인 액정 재료를 사용한다. 그러나, △0의 액정 재료를 사용할 경우에는 고분자 재료가 액정 분자의 배향 방향을 따라 기판에 수평으로 배향된다.

[구성예 26]

이하 실시예 7을 구성예 26에 따라 설명한다. 그러나, 본 발명은 실시예에 의하여 제한되지 않는다.

ITO로 된 투명 전극(50nm 두께)을 가지는 유리 기판(1.1mm 두께)은 스페이서(5.5 ㎛ 직경)가 사이에 배치되어 셀을 형성하도록 서로 부착된다.

제39도에 도시된 포토마스크(15e)는 이렇게 형성된 셀상에 배치되고 혼합물이 35℃에서 투명 상태로 셀에 주입된다. 이 혼합물은 0.1g의 R-684(닛 뽕 가야쿠사), 0.05g의 스티렌, 0.65g의 이소보르닐 메타크릴레이트, 0.15g의 페르플루오로옥틸 아크릴레이트, 0.1g의 하기식(3)으로 나타내는 액정성광중합성 재료, 4g의 액정재료 ZLI-4792(머크 앤드 컴퍼니사가 제조한 S-811을 0.4 중량% 함유하는) 및 0.0025g의 광개시제(Irgacure 651)를 혼합하여 얻어진다.

동일 온도의 조건하에서 표시셀은 60Hz의 AC 전압(유효치 3V)을 인가하면서 포토마스크(15e)의 도트 패턴을 통하여 고압 수은등을 사용하여 평행 광선을 10mW/㎠의 밀도로 1초간 조사하고 조사없이 30초간 방치한다. 이러한 사이클이 20번 반복된다. 뒤이어 표시셀은 중합성 물질을 경화하기 위하여 10분동안 UV-광에 조사한다. 중합성 물질이 경화된 뒤에 표시셀은 편광 현미경에 의하여 포토마스크(15e)의 도트 패턴과 같은 크기 및 정렬 피치를 갖는 액정 도메인이 형성된 것을 나타내는 것이 관찰되었다.

다음, 서로 직교하는 두개의 편광판을 표시셀의 양측에 부착하여 액정 영역이 고분자 벽에 의하여 둘러싸인 액정 표시 소자를 만들었다.

이렇게 얻어진 셀은 편광 현미경으로 각 화소가 거의 한개의 액정 도메인에 점유되고 액정 배향의 극성은 셀 표면에 수직이며 액정 분자가 각 액정 도메인에서 방사상 또는 동심원상으로 배향된 슐리렌 모양이 관찰되었다. 또한, 셀은 전압 인가하에 편광 현미경으로 액정적이 전압 인가에 따라 어두워짐을 보이고 디스클리네이션 라인은 형성되지 않음을 보였다. 이렇게 얻어진 셀의 전기 광학적 특성은 표 14에 보여진다.

표 14에서 알 수 있듯이, 구성예 26의 셀은 제10도의 비교예 1의 종래의 TN 셀에서 야기되는 반전 현상의 문제는 없다. 덧붙여, 구성예 26의 셀에는 전압 포화시의 고시각 방향(패널의 법선 방향으로부터 크게 벗어난 방향)으로의 광선 투과율의 증가가 관찰되지 않았다. 본 측정에는 두개의 평행 편광판을 사용하는 경우에는 광선 투과율이 100%이라고 가정했다.

또한, 전계를 인가하지 않은 상황에서 편광 현미경하의 경사를 관찰함에 의하여 액정의 배향 방향을 추정하였다. 이에 의하여, 셀 두께 방향으로 액정 분자의 틸트 분배를 추정하는 것을 가능하게 한다.

관찰 결과는 제40(a)도 및 제40(b)도에 표시되어 있다. 제40(a)도는 관찰 영역 A, B, C 및 D를 나타낸다. 제40(b)도는 각 영역 A, B, C 및 D의 밝기를 보여준다. 6시 방향에서 40°로 경사지게 셀을 관찰하여 발생된 상의 왜곡 및 핀트가 맞지않는 것은 정정된다. 셀을 6시 방향에서 40°로 경사진 상태에서 관찰하는 동안, 셀은 관찰 영역 중심에 대하여 그 평면에서 회전하고 소광 모양은 회전하지 않는다. 이것은 각 액정적에서의 액정 분자가 그 축에 대하여 대칭적으로 배향되어 있음을 보여준다.

제40도의 편광자 및 검광자의 투과축 방향으로 둘러싸인 각 영역 A, B, C 및 D는 셀의 경사각에 따라 밝기가 바뀐다. 이 밝기 분포는 상기 회전에 의하여 변하지 않는다. 이것은 셀이 액정 배향에 비대칭 프리틸트를 가지고 있음을 보여준다. 액정 배향은 편광 현미경의 관찰에 의하여 추정된다. 결과는 제41(a)도 내지 제41(c)도에 도시되어 있다.

[배향 추정 결과]

제41(b)도 및 제41(c)도는 제41(a)도의 A-A'면에서 취한 단면도이다. A-A' 평면은 액정 영역(17)의 배향 중심축을 지나고 셀의 법선을 포함한다. 액정 영역(17) 내의 액정 분자는 축대칭으로 배향되었기 때문에, 어떠한 방향으로의 중심축을 따라 취한 액정 영역에서의 단면적은 동일하다. 액정 분자의 배향은 -에 의하여 나타내고 지면에 수직 또는 평행으로 배향된 것이 아닌 액정 분자는 못 형태의 표시로 나타내지는데 못 형태의 머리는 지면의 전면을 나타낸다. 제41(b)도 및 제41(c)도에 도시된 액정 분자의 크기는 단순하게 묘사하기 위하여 확대되거나 생략된다.

제41(b)도 및 제41(c)도는 각각 0V 및 V전압에서의 배향 상태를 보여준다. 이러한 배향 상태에 따라 상기 관찰의 결과가 기술될 것이다. 예를 들면, 전압 비인가시 틸트에서 관찰했을때(즉, 제40도의 영역 D) 광선 투과율이 감소되는 영역은 TN 셀에 있어서 액정 배향이 전압 인가시 여섯시 방향으로 관찰되는 액정 배향의 경우에 상응하는 것으로 생각된다. 좀 더 상세하게는 지면 방향에 대한 Z=d/2의 전면은 Z축의 정의 방향으로 경사되어 있다. 이것은 좌벽면 부근 및 중심부 부근을 제외한 A-A'단면 부분에 상응한다. 이 부분의 배향은 관찰 결과와 동일하다. 따라서, 관찰 결과와 배향의 축대칭성에 따라 좌, 우 벽면 부근 및 중심부 부근을 제외한 제41(b)도의 A-A' 단면부의 배향은 예측될 수 있다.

또한, 제41(c)도에 도시된 바와 같이 A-A' 단면의 경사가 전압 인가하에서 얻어진다는 사실에 따라 중심부의 배향이 예측될 수 있다. 좌, 우 벽면 부근의 배향은 디스클리네이션 라인이 전혀 형성되지 않는다는 사실에 따라 예측될 수 있다. 여기서 좌, 우 벽면 부근에서 Z-축의 O와 d면을 통하여 Z-축에 수직인 면에 불연속선이 형성된다는 것이 예측된다. 그러나, 제41(c)도에서 알 수 있듯이 디스클리네이션 라인은 액정적내에 형성되고, 따라서 광산란, 편광 회전등은 약해진다.

상기 배향의 하나의 특성은 전압 인가시와 비인가 사이에 Z-축 방향의 기립을 제외하고는 배향에서 본질적인 차이는 없다는 것이다. 따라서, 전압 인가시의 배향은 전압 비인가시에 부분적으로 유지되며, 전압 인가에 기인한 배향의 큰 왜곡은 방지된다. 이것은 디스클리네이션 라인이 형성되지 않는 근본적인 메카니즘이다.

[구성예 27]

실시예 7은 구성예 27에 따라 설명될 것이다. 구성예 26과 동일한 기판이 형성되고 이 기판상에 제39도에 도시된 포토마스크(15e)가 배치되었다. 뒤이어, 혼합물이 실시예 1과 동일한 방법으로 셀에 주입되었다. 상기 혼합물은 0.1g의 R-684(니뽄 가야쿠 컴퍼니에 의해 제조된), 0.05g의 스티렌, 0,70g의 이소보르닐 메타크릴레이트, 0.15g의 페르플루오로옥틸 아크릴레이트, 4g의 액정물질 ZLI-4792(머크 앤드 컴퍼니사에서 제조한 S-811을 0.4중량% 함유), 및 0.0025g의 광개시제(Irgacure 651)를 혼합한다.

이렇게 제조된 셀은 구성예 26과 동일한 방법으로 편광 현미경으로 관찰되었는데 포토마스크(15e)의 도트 패턴과 같은 크기와 규칙성을 갖는 액정 영역이 관찰되었다.

뒤이어, 만들어진 셀의 전후에 서로 직교하는 두장의 편광판을 붙여 고분자벽에 의하여 구획된 액정 표시 소자를 만들었다.

[셀의 관찰과 배향 상태의 추정방법]

이렇게 제조된 셀은 편광 현미경에 의하여 각 화소가 거의 하나의 액정 영역을 점유하고 액정 배향 극은 셀 표면에 수직이며 액정 분자가 방사상 또는 동심상으로 각 액정 영역에 배향된 슐리렌 모양이 형성되었다. 셀의 전기 광학적 특성과 관찰 결과는 표 14에 도시되었다. 또한, 셀은 전압 인가하의 편광 현미경으로 액정적이 전압 인가시에 어둡게 되고 각 액정적 주위에 디스클리네이션 라인이 형성되는 것이 관찰되었다.

표 14에서 이해되듯이 구성예 27의 셀은 종래의 TN 셀에서 야기되는 반전 현상의 문제가 관찰되지 않았다. 전압포화시의 고시각방향(패널의 법선방향에서 크게 벗어난 방향)으로의 광선 투과율 증가는 관찰되지 않았다. 이러한 측정에서, 두개의 평행 편광판을 사용하는 경우에 광선 투과율은 100%라는 것이 가정되었다.

또한, 셀이 경사되었을 동안, 구성예 26과 동일하게 이 셀에 전계를 인가하지 않을 때 편광 현미경으로 셀을 관찰하여 액정 배향 방향을 추정하였다.

관찰 결과는 제42(a)도 및 제42(b)도에 표시하였다. 제42(a)도 및 제42(b)도는 제40(a)도 및 제40(b)도와 동일한 방법으로 얻어졌다.

셀이 경사를 유지하면서 관찰 영역 중심에 대하여 그 면에서 회전할 때 소광 모양은 회전하지 않았다. 이것은 각 액정 영역의 액정 분자가 구성예 26과 동일한 방법으로 그 축에 대하여 대칭적으로 배향함을 보여준다.

그러나, 구성예 26과는 달리 편광자 및 검광자의 투과축에 둘러싸인 각 영역 A, B, C 및 D는 셀의 경사에 따라 밝기가 변화하도록 하지 않는다. 이것은 셀이 액정 배향으로 축대칭 프리틸트를 갖지 않는 것을 보여준다.

셀은 60Hz 및 3V를 가지는 단형파를 갖는 전압의 인가하에서 관찰되었다. 결과는 제43(a)도 내지 제43(c)도에 도시되었다. 제43(a)도는 관찰된 영역 A, A, B, B, C, C, D및 D를 보여준다. 제43(b)도는 영역 A, B, C및 D의 밝기를 나타내며, 제43(c)도는 영역 A, B, C및 D의 밝기를 나타낸다. 관찰 결과는 전압인가하에서 액정적의 액정 분자의 경사 분포를 예측할 수 있도록 한다. 제43(a)도의 편광자 및 검광자의 투과축으로 둘러싸인 각 영역 A, A, B, B, C, C, D및 D는 셀의 경사에 따라 변화하는 밝기를 가진다. 밝기의 분포는 상기 회전에 의하여 크게 변하지 않는다. 이것은 셀이 전압 인가하에서 액정 배향에서 축대칭 프리틸트를 가짐을 보여준다. 디스클리네이션 라인 안팎의 밝기 분포는 액정 영역의 우 및 좌로 변환한다. 이것은 다른 경사를 가지는 디스클리네이션 라인 구획 즉 이 디스클리네이션 라인이 리버스 틸트 클리네이션 라인 또는 헬프리히 월(Helfrich wall)임을 보여준다. 액정 배향은 이러한 편광 현미경의 관찰을 사용하여 예측된다. 결과는 제44(a)도와 제44(b)도에 도시되어 있다.

[배향의 추정 결과]

제44(a)도 및 제44(b)도는 동일한 부호를 사용하는 제41(b)도 및 제41(c)도에 상응한다.

제44(a)도 및 제44(b)도는 각각 전압 0 및 V에서의 배향 상태를 보여준다. 이러한 배향 상태에 따라 상기 관찰 결과가 기술되었다. 예를 들면, 전압 인가시의 경사에서 관찰될 때 광선 투과율이 감소되는 영역(즉, 제43(a)도의 영역 D및 B)은 TN 셀에 있어서 액정 배향이 전압 인가하에서의 6시 방향으로 관찰되는 경우에 상응하는 것으로 생각된다. 더욱 상세하게는, 지면 방향에 대하여 Z=d/2면의 전면은 Z-축의 정방향으로 경사진다. 이것은 좌벽면과 리버스 틸트 디스클리네이션 라인으로 둘러싸인 영역을 제외한 A-A' 단면 부분과 우측 벽면과 리버스 틸트 디스클리네이션 라인에 의하여 둘러싸인 영역을 제외한 A-A' 단면 부분에 상응한다. 이러한 부분의 배향은 관찰 결과와 동일하다. 따라서, 관찰 결과와 배향의 축대칭에 근거하여 좌, 우측 벽면 부근과 중심부 부근을 제외한 제44(b)도의 A-A' 단면 부분의 배향은 예측될 수 있다.

또한, 이러한 조건하에서 전압이 0으로 감소할 때 동일한 광선 투과율이 제42(a)도의 영역 B 및 D에서 얻어지기 때문에 Z=d/2면에 거의 경사가 없다고 생각된다. 이 때문에, 중심부와 다른 부분에서 제44(a)도의 좌, 우측 벽면 부근의 배향은 추정될 수 있다. 또한, 제44(b)도에 도시된 것과 같이 A-A' 단면 경사가 전압인가하에 반드시 얻어진다는 사실에 근거하여 중심부의 배향이 추정된다. 좌, 우측 벽면 부근의 배향이 액정적의 형성동안 계면의 연속성과 리버스 틸트 디스클리네이션 라인이 형성된다는 사실에 근거하여 예측된다.

상기 배향의 한 특징은 전압 무인가시에 중심부의 Z-축 방향의 액정 분자의 기립방향과 벽 표면 부근의 기립 방향이 반전되는 것이다. 이러한 배향 때문에, 액정 분자의 기립 방향이 전압 무인가하에서 다른 영역의 경계는 굴절율의 공간적 분포에서 급격한 변화를 일으킨다. 따라서, 투과광의 산란 또는 탈편광(depolarization)이 일어나 입사광과는 다른 편광 성분을 형성한다. 이러한 성분은 휘선으로 관찰된다.

[구성예 28]

실시예 7은 구성예 28에 따라 설명된다. 셀은 구성예 26과 동일한 방법으로 형성되고 95℃(ZLI-4792가 등방성 상태로 변화하는 온도 : 91℃)에서 자외선에 노출된다.

셀의 배향은 구성예 26과 동일하다. 그러나, 액정과 고분자 물질과의 상분리가 점차 일어나 고분자 물질에 함유된 액정의 양이 점차 적어진다. 또한, 액정이 고분자 물질로부터 완전히 상분리되어 제45도에 도시된 사각형 화소를 사용하는 경우에는 액정 분자가 약간 변형된 동심원 즉, 모서리가 약간 둥근 사각 형태로 배향된다.

4 방향으로 이방성을 갖는 셀에서 그레이 스케일 표시의 시각 특성은 편광판을 편광축이 각각 수직 및 수평 방향으로 위치하도록 배치하거나, 편광판이 수직 방향에 45°좌, 우로 경사지도록 배치함으로써 개선될 수 있다.

실시예 7에서, 액정 분자는 각 화소의 중심에 대하여 전방향으로 방사상으로 배향된다. 따라서, 관찰 방향의 좁은 시야 반전 효과와 같은 종래의 문제점은 극복될 수 있다. 반전 효과가 없는 시야가 실현될 수 있다.

특히, 본 실시예에서, 화소내에 고분자의 인입이 억제되고 각 화소는 최소의 액정 영역을 포함하며, 액정 분자는 완전히 억제된 디스클리네이션 라인과 축 대칭적으로 배향된다. 따라서, 전압 무인가시의 시야 특성과 광선 투과율은 개선되어 전압 인가시에 만족할 만한 블랙 레벨과 높은 콘트라스트를 얻을 수 있다.

[구성예 29]

구성예 26과 동일한 셀이 제작되고, 혼합물이 셀에 주입되었다. 혼합물은 0.1g R-684(니뽄 가야쿠사에 의하여 제조된), 0.05g의 p-플루오로스티렌, 0.6g의 이소보르닐 메타크릴레이트, 0.15g의 페르플루오로옥틸 아크릴레이트, 0.1g의 다음식(4)로 나타내지는 2관능기 중합성 액정물질, 4g의 액정물질 ZLI-4792(트위스트 각이 셀 내에서 90°가 되도록 S-811(머크앤 컴퍼니 제조)에 의하여 조정한) 및 0.0025g의 광중합 개시제(Irgacure 651)를 혼합하여 얻어진다.

구성예 26과 같은 동일한 포토마스크가 셀에 배치되고 셀은 전압을 인가하여 광중합성 수지를 경화하기 위하여 UV-선으로 조사된다. 액정 영역이 고분자 벽에 의하여 구획된 액정표시장치를 제작하기 위하여 직교하는 편광판이 셀의 양측면에 부착된다.

이렇게 얻어진 셀은 편광 현미경으로 구성예 26과 동일한 상분리 상태 및 배향 상태가 얻어진다는 것이 관찰되었다. 뒤이어, 셀은 전압 인가하에서 디스클리네이션 라인이 형성되지 않음이 관찰되었다. 별도로 웨지 셀(wedge cell)이 형성되고 S-811을 배제한 상기 물질을 혼합하여 얻어지는 혼합물을 셀에 주입하였다. 여기서, 웨지 셀은 두개의 기판을 소정 각도로 부착하여 얻어지는 셀이다. 기판 사이의 거리는 연속적으로 달리될 수 있다. 이렇게 얻어진 셀은 단색광에 의하여 조사되고 겉보기 △n에 대하여 측정된다. 결과적으로, 측정된 △n은 액정 물질의 독특한 △n과는 다르지 않다는 것이 발견되었다. 셀이 경사진 상태에서 관찰하는 경우, 굴절율의 큰 변화에서 야기되는 것으로 간주되는 착색의 변화가 단일 관능기 중합성 액정 물질이 사용되는 경우와 비교하여 좀처럼 관찰되지 않는다. 이러한 사실로부터 본 실시예의 셀은 작은 프리틸트를 가진다는 것을 추정할 수 있다.

[실시예 8]

실시예 8은 포토마스크의 구조로 특징지워진다. 포토마스크의 각 차광부분의 크기는 복수의 차광 부분이 각 화소에 대응하도록 각 분할된 전극보다 작다.

전압 인가하에서 포토마스크를 사용하여 액정과 고분자 물질사이의 상분리가 일어나도록 함으로써, 복수의 액정 영역이 각 화소에 존재하는 액정 표시 장치가 얻어진다. 또한, 본 실시예에서, 차광 영역을 셀의 전 표시영역에 걸쳐 서로 등간격으로 형성하는 한, 차광 영역을 화소와 정렬시킬 필요는 없다. 따라서, 정밀하게 접착하는 단계는 불필요하다. 또한, 광중합성 액정 물질을 셀에 주입될 혼합물에 첨가함으로써, 전압의 인가시에 디스클리네이션 라인이 형성되는 것을 방지할 수 있고, 따라서 콘트라스트가 우수한 넓은 시야의 표시 모드가 제공될 수 있다.

[화소당 차광 부분의 수]

화소당 포토마스크 차광 부분의 수가 너무 크면 많은 고분자 벽이 화소 영역에 들어가고 결과적으로 어두운 표시가 제공된다. 따라서, 화소당 16 이하의 차광 부분이 바람직하다.

[차광 부분의 크기]

단일 도메인 구조를 가지는 각 액정 영역이 크고 각 단일 도메인에서 액정 분자가 방사상 또는 동심원상으로 배열되는 경우에 배향축이 중심부에서 이동할 때 다음과 같은 것이 일어난다. 제46도에서 도시된 바와 같이 셀이 어떤 방향에서 관찰될 때(셀이 경사방향에서 관찰되는 경우) 많은 영역이 흑 방향으로 된다. 결과적으로 전 화소가 암 상태가 되고 흑색 표시 변화(도면에서 대칭으로 표시된 부분)가 발생한다. 이러한 현상은 본 실시예에서 각 화소내의 축 이동을 평균화하기 위하여 복수의 액정 영역을 갖는 각 화소를 형성함으로써 억제할 수 있다. 각 화소에서 축 이동을 효과적으로 평균화 하기 위하여 차광 부분의 크기가 10 내지 100㎛의 범위로 되도록 설정된다. 이 크기가 100㎛보다 큰 경우, 표시 변형이 인식되며 충분한 효과가 얻어질 수 없다. 크기가 10㎛ 이하인 경우에는 많은 고분자 부분이 형성되어 광선 투과율을 감소시킨다.

실시예 8에 대해 더 상세히 기재한다.

ITO(50mm 두께)로 만들어진 투명 전극을 가지는 유리 기판(1.1mm 두께)은 셀을 형성하기 위하여 이들 사이에 6.0㎛ 직경의 스페이서를 배치하여 부착하였다.

셀에 혼합물을 투명한 상태에서 주입한다. 혼합물은 0.1g의 R-684(니뽄 가야쿠사 제조), 0.1g의 스티렌, 0.4g의 이소보르닐 메타크릴레이트, 0.2g의 페르플루오로옥틸 아크릴레이트, 0.3g의 일반식(3)으로 표시되는 화합물, 4g의 액정물질 ZLI-4792(셀에서의 키랄피치가 90도가 되도록 S-811(머크사 제품)에 의하여 조정) 및 0.0025g의 광개시제(Irgacure 651)를 혼합하여 얻어진다.

이렇게 생성된 셀의 주입 포트는 중합물질이 셀 내에서 경화되지 않고 셀 외부에서 경화되도록 차광되고 이어 셀은 실링된다.

제47도에 도시된 바와 같이 포토마스크(15f)는 셀상에 배치된다. 전극간에 실효전압 ±5V의 방형파를 인가하면서 포토마스크(15f)의 도트 패턴을 통하여 고압 수은등을 사용하여 10mW/㎠의 평행 광선을 1초간 조사하고 30초간 조사하지 않는 사이클을 20회 반복한다. 그 후에, 10분간 자외선을 조사하여 고분자물질을 경화한다. 중합성 물질을 경화한 후에 재료 셀은 편광 현미경에 의하여 포토마스크(15f)의 도트 패턴과 동일한 크기 및 정렬 피치를 갖는 액정 영역(즉, 화소당 평균 9개의 액정 영역(17)이 형성되는 구조를 가지는)이 형성됨을 관찰하였다. 또한, 제48도에 도시된 바와 같이 거의 하나의 액정 영역이 액정 영역(17)에 존재하며, 액정 분자는 각 액정 영역(17)의 중심에 대하여 대칭적으로 배향되었다.

액정 영역이 고분자 벽에 의하여 구획된 액정표시장치를 형성하기 위하여 제작된 표시셀의 전후에 두개의 직교하는 편광판을 부착하였다. 본 실시예의 셀은 종래의 TN 셀에서 야기되는 반전 현상의 문제점이 없었고 전압 포화시에 고시각 방향(패널의 법선으로부터 멀리 떨어진 방향)으로의 광선 투과율 증가는 관찰되지 않았다. 또한, 전압 인가하에서 디스클리네이션 라인의 발생은 좀처럼 보이지 않는다.

상술한 바와 같이 실시예 8에서 각 차광 부분의 크기는 각 화소의 크기 보다 작다. 따라서, 차광부분과 화소와의 정확한 정렬을 필요치 않고, 생산 단계와 장치를 단순화한다.

본 발명에 의하여 상기 언급한 것과 다른 형태의 포토마스크도 사용될 수 있다. 형성되는 액정 영역과 포토마스크 사이의 관계는 여기에 예시되어 있다. 제49(a)에 도시된 6각의 형태의 차광 부분(19)을 가지는 포토마스크(15g)가 사용되는 경우에는 제49(b)에 도시된 액정 영역(17)이 형성된다. 제49(b)도에서 점선은 포토마스크(15g)의 차광 부분(19)의 윤곽을 나타낸다. 제50도는 사각형으로 모서리가 잘린 형태의 포토마스크(15g:윤곽이 실선으로 표시됨)가 사용되는 경우에는 포토마스크(15g)와 액정 영역(17) 사이의 크기 관계를 도시한다.

다음과 같은 효과가 본 발명에 따른 액정 표시 장치와 이들을 생산하는 방법을 사용하여 얻어질 수 있다.

표시 매체층에서 복수의 액정 영역에 채워지는 액정이 기판 표면과 평행한 가상면내에 방사상 또는 동심원상으로 배향될 수 있다. 적어도 하나의 액정 도메인이 복수의 액정 영역 각각에 형성될 수 있다. 따라서, 본 발명의 액정 표시 장치가 외부에서 관찰되는 각도와 방향이 바뀔 때 표시 콘트라스트의 시야에 대한 의존도는 액정 분자의 방사상 또는 동심원상의 배향에 의하여 제거될 수 있다. 또한, 액정 분자의 방사상 배향은 액정 영역에서 디스클리네이션 라인이 형성되는 것을 억제하고 이에 따라 현저하게 개선된 화질을 얻을 수 있다. 또한, 전압 무인가시에 광선 투과율은 개선되고, 따라서 만족스러운 화질의 영상이 전압 무인가시에 표시된다.

본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진자에게는 본 발명의 정신과 범위를 벗어나지 않고 많은 변형이 가능하다는 것은 자명할 것이다. 따라서, 특허 청구 범위는 여기에 예시된 부분보다 넓게 해석되어야 할 것이다.

Claims (32)

1. 기판중 적어도 하나가 투명하고, 각각이 표시의 단위인 복수의 화소를 각각 정의하는 2매의 기판 및 상기 2매의 기판사이에 형성되고, 고분자 재료로 된 지지 매체와 액정을 가지며, 상기 액정은 상기 지지 매체에서 상기 고분자 재료로 형성되는 지지벽에 의해 둘러싸이고 상기 복수의 화소 영역의 각각의 크기에 상당하는 크기를 각각 갖는 복수의 액정 영역내에 각각 충전되어 있는 표시 매체층을 포함하며, 상기 복수의 액정 영역에 충전되어 있는 액정 분자는 상기 기판의 표면과 평행한 가상 평면내에서 축대칭으로 배향되고, 상기 복수의 액정 영역의 각각에는 적어도 하나의 액정 도메인이 배치되어 있는 액정 표시 소자.
2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 액정 영역의 각각에 하나의 액정 도메인이 배치되어 있는 액정 표시 소자.
3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 액정 영역의 각각에 복수의 액정 도메인이 배치되고, 각 도메인내의 액정 분자는 각각 축대칭으로 배향되며, 각 도메인의 외측에는 상기 고분자 재료로 형성되는 지지벽이 존재하는 액정 표시 소자.
4. 제1항에 있어서, 유기 재료 및 무기 재료로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 재료로 된 박막이 상기 2매의 기판 표면상에 제공되어 있는 액정 표시 소자.
5. 제1항에 있어서, 상기 2매의 기판은 편광판 사이에 끼워져 있는 액정 표시 소자.
6. 제1항에 있어서, 상기 액정의 굴절율 이방성 △n과 상기 기판들간의 셀 두께 d의 곱 △nㆍd는 300~650 nm의 범위에 있는 액정 표시 소자.
7. 제1항에 있어서, 상기 액정을 상기 2매의 기판 사이에 주입할때 상기 2매의 기판간의 액정의 트위스트각이 45~150°의 범위에 있는 액정 표시 소자.
8. 제1항에 있어서, 상기 액정은 20℃에서의 점도 μ가 50 mPaㆍs 이하이고, 유전율 이방성 △가 +3(1 kHz)이상인 액정 표시 소자.
9. 제1항에 있어서, 상기 액정은 액정의 광선 투과율이 초기 상태에서 90%로 변화할 때의 TN 셀에서, 25℃에서의 전압-광선 투과율 특성 중 전압 V₁₀이 2V 이하인 조건을 만족하는 액정 표시 소자.
10. 제1항에 있어서, 상기 액정의 굴절율 이방성 △n과 상기 기판들간의 셀 두께 d의 곱 △nㆍd가 1000~1400 nm의 범위에 있고, 셀 중에 존재하는 액정의 트위스트각이 45~150°의 범위에 있는 액정 표시 소자.
11. 제1항에 있어서, 상기 액정의 굴절율 이방성 △n과 상기 기판들간의 셀 두께 d의 곱 △nㆍd가 550~800 nm의 범위에 있고, 셀 중에 존재하는 액정의 트위스트각이 240~300°의 범위에 있는 액정 표시 소자.
12. 제1항에 있어서, 상기 지지벽이 상기 2매의 기판의 각각에 달하고 있는(reach) 액정 표시 소자.
13. 제1항에 있어서, 상기 화소내에 존재하고 있는 액정 영역의 배향의 중심축이 적어도 한쪽의 기판에 대해 직교하고 있는 액정 표시 소자.
14. 제1항에 있어서, 전압의 인가시 디스클리네이션 라인이 액정 영역의 주위에 형성되는 액정 표시 소자.
15. 제1항에 있어서, 액정 영역내의 액정 분자들이 기판들의 표면과 평행하도록 축대칭으로 배향되고, 액정 영역의 배향 중심축이 기판에 수직 방향으로 배향되며, 지지벽의 고분자 재료가 상기 중심축에 대해 대칭으로 배향되어, 전압의 인가시 디스클리네이션 라인이 액정 영역에 형성되지 않는 액정 표시 소자.
16. 제1항에 있어서, 액정 영역내의 액정 분자가 기판의 표면과 평행하게 되도록 축대칭으로 배향되고, 액정 영역의 배향 중심축이 기판에 대해 수직 방향으로 배향되며, 지지벽의 고분자 재료가 한 방향으로 배향되어, 이에 따라 전압 인가시에 디스클리네이션 라인이 액정 영역내에 형성되지 않는 액정 표시 소자.
17. 제1항에 있어서, 기판과 액정 영역내의 액정간에 존재하고 있는 고분자가 액정 영역의 배향의 중심축에 대해 축대칭인 프리틸트각을 가지며, 이에 따라 전압 인가시에 디스클리네이션 라인이 액정 영역내에 형성되지 않는 액정 표시 소자.
18. 제1항에 있어서, 액정 분자가 방사상으로 배향되어 있는 도메인의 중심부에 대응하도록 블랙 마스크가 기판들 중 한쪽에 제공되어 있는 액정 표시 소자.
19. (1) 그 중 적어도 한쪽이 투명한 2매의 기판 사이에 액정 화합물 및 광중합성 화합물을 포함하는 혼합물을 제공하는 단계; (2) 상기 2매의 기판 사이의 혼합물에, 소정의 조사 강도 변화를 갖는 광을 조사하여, 그 중합 반응에 따른 상기 혼합물의 상분리를 일으키고, 수지로 된 지지벽과 액정을 규칙적으로 분포시키는 단계를 포함하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
20. 제19항에 있어서, 광중합 개시제가 상기 혼합물에 첨가되는 액정 표시 소장의 제조 방법.
21. 제19항에 있어서, 상기 공정 (2)에서, 상기 지지벽과 액정의 규칙적인 분포는 상기 2매의 기판에 의해 정해지는 복수의 화소의 정렬 피치(arrangement pitch)에 대응하도록 결정되는 액정 표시 소자의 제조 방법.
22. 제19항에 있어서, 상기 공정 (2)에서 지지벽에 의해 둘러싸인 액정 분자가 기판의 표면과 평행한 가상 평면내에서 축대칭으로 배향되도록 하기 위한 배향 처리 공정을 포함하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
23. 제22항에 있어서, 액정 분자의 축대칭 배향의 중심부에 대응하는 차광칩을 상기 2매의 기판중 하나의 기판 상에 형성하는 공정을 포함하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
24. 제19항에 있어서, 상기 혼합물에 파장 300 nm 이하의 단파장 영역의 자외선 성분이 차단된 상태로 규칙적인 조사 강도 변화를 갖는 광을 조사하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
25. 제24항에 있어서, 상기 단파장 영역의 자외선 성분을 자외선 커트 필터를 사용하여 차단하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
26. 제24항에 있어서, 상기 단파장 영역의 자외선 성분을, 공기에 대한 광선 투과율을 100%로 할 때, 파장 300 nm를 갖는 광의 투과율이 10% 이하이고 파장 350nm를 갖는 광의 투과율이 적어도 40% 이상으로 되도록 하는 무기 및 유기 재료를 사용하여 차단하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
27. 제19항에 있어서, 상기 광 조사시, 상기 혼합물에 전계 및 자계 중 적어도 하나를 실질적으로 제어하면서 인가하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
28. 제27항에 있어서, 상기 전계는 표시용 전극을 사용하여 인가되는 액정 표시 소자의 제조 방법.
29. 제19항에 있어서, 소정의 조사 강도 변화를 갖는 광이 포토마스크를 사용하여 형성되는 액정 표시 소자의 제조 방법.
30. 기판들중 적어도 하나가 투명한 전극 기판 사이에 액정 화합물, 광중합성 화합물, 액정성 광중합성 화합물을 포함하는 혼합물을 셀에 주입하는 공정 및 전계 및 자계 중 적어도 하나를 상기 혼합물에 인가하면서 규칙적인 조사 강도 변화를 갖는 광을 상기 혼합물에 조사하여 중합 반응에 따른 상분리를 일으키는 공정;을 포함하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
31. 제30항에 있어서, 상기 광 조사 동안 상기 셀의 온도는 적어도 사용될 액정이 등방상을 나타내는 온도 이상으로 설정되고, 그 후 셀을 냉각시키는 액정 표시 소자의 제조 방법.
32. 제19항에 있어서, 상기 광중합성 화합물은 불화 화합물을 포함하는 액정 표시 소자의 제조 방법.