KR100244731B1 - 2도메인 평행배향 액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

2도메인(domain)으로 배향분할하여 평행배향하고, 보상필름을 사용하여 광시야각이 개선된 2도메인 평행배향 액정표시소자를 제공한다.
본 발명의 2도메인 평행배향 액정표시소자는, 제1편광판을 구비한 제1기판과, 보상필름 및 제2편광판을 차례로 적층한 제2기판과, 상기 제1기판 위에 형성된 제1 및 제2배향방향을 갖는 제1배향막과, 상기 제2기판 위에 형성된 제1 및 제2배향방향을 갖는 제2배향막과, 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 구성된다.

Description

2도메인 평행배향 액정표시소자
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히, 광시야각 특성이 우수한 2도메인 평행배향 액정표시소자에 관한 것이다.
종래에, 액정표시소자(Liquid Crystal Display Device, LCD)의 광시야각을 얻기 위한 배향분할방법에 있어서 전기광학 모드의 여러 가지가 제안되어 있다.
일반적으로, TN(Twisted Nematic) 액정표시소자는 브라운관에 가까운 고화질을 기대할 수 있기 때문에 대용량, 대면적화가 가능하다. 그러나, TN 액정표시소자는 시야각에 따라 각 계조표시(gray level)에서의 광투과도가 달라지는 특성이 있으므로, 이러한 고급화를 진행하는 데에는 시야각 특성의 개선이 필수적이다.
또한, 현재 널리 보급되고 있는 TN 액정표시소자는 편광판을 사용하고 있기 때문에 본질적으로 밝기가 부족하므로, 밝기의 개선과 더불어 시야각 확대(광시야각), 화면휘도 향상, 러빙가공이 없는 공정에 의한 생산처리의 개선 등의 연구개발과제가 존재한다.
특히, TN모드는 좌우방향의 시야각에 대해서는 광투과도가 대칭적으로 분포하지만, 상하방향에 대해서는 광투과도가 비대칭적으로 분포하기 때문에, 상하방향의 시야각에서는 이미지가 반전되는 범위가 발생되어 시야각이 좁아지는 문제가 있다.
이러한 액정의 비등방성을 보완하기 위해 2도메인-TN모드 및 4도메인-TN모드가 제안된 바 있으나, 2도메인-TN모드는 콘트라스트비(contrast ratio)가 10 보다 높은 범위의 상하 시야각이 ±25°밖에 되지 않으며, 4도메인-TN모드의 경우는 상하좌우 시야각이 ±40°정도 밖에 되지 않는다는 문제점이 잔존하고, 결정적으로 제조공정이 복잡하다는 단점이 존재한다.
상기한 문제점을 해결하기 위해, 최근에는 액정표시소자의 광시야각을 목적으로 한 ECB(Electrically Controlled Birefringence) 모드가 제안되어 있다. ECB모드는, 액정셀에 전압을 인가하면, 액정의 유전이방성에 의해 액정분자의 배열이 변화하여 액정셀 중의 복굴절율이 변화하므로, 이렇게 액정셀의 복굴절율을 변화시켜 광투과율의 변화를 유도하는 방식이다.
이러한 ECB모드 중 대표적인 방식으로 VA(Vertical Alignment) 모드와 OCB(Optical Compensated Birefringence;π-Cell) 모드를 들 수 있다.
우선, VA모드는 유전율 이방성이 음인 액정(liquid crystal with negative dielectric anisotropy), 즉, 네가형 액정과 수직 배향막을 이용한 것이다. 이 VA모드는 기본이 되는 모노도메인 방식과, 전방위에서 광시야각을 실현한 배향분할 방식 두 가지가 있다.
도 1은 종래의 하나의 화소가 2도메인으로 형성된 VA모드 액정표시소자의 개략적인 구조를 나타내는 도면으로서, 액정셀의 구성은 상하 한 쌍의 유리기판(3, 3')에 배향막(5, 5')을 형성하여 수직 배향 처리하고, 그 배향막 사이에 네가형 액정(negative liquid crystal)(7)을 주입하고, 기판 양측에 편광판(1, 1')을 직교시켜 배치한다.
전압무인가 상태는 네가형 액정분자가 수직으로 배향되어 있고, 편광판은 직교로 배치되어 있으므로 흑색바탕모드(normally black mode)를 표시한다. 반면에, 전압인가 상태는 네가형 액정분자의 전계에 대해 비스듬하게 배향하는 성질에 의해, 특정 방향으로 기울고, 액정셀 내의 리타데이션(retardation;ｄΔｎ, ｄ는 셀의 두께, Δｎ은 액정분자의 굴절률 이방성)이 변화하여 광이 투과된다.
특히, 도면과 같은 배향분할 방식은 전압인가 상태에서 액정분자가 서로 반대가 되도록 기울게 배향하며, 액정분자가 갖는 광학 이방성을 없애고 전방위의 시야각 특성을 향상시킨다.
그러나, 상기 VA모드는 액정을 수직으로 배향시키기 때문에, 배향방식 자체로 인한 화학적, 물리적 불안정성이 존재하며, 유전율이 음인 네가형 액정만을 사용하여야 하므로 액정의 종류가 한정된다는 단점이 존재한다.
OCB모드는, 도 2에 나타낸 바와 같이, 유리기판(33, 33')에 형성한 배향막(35, 35') 부근에서는 상기한 유리기판과 프리틸트각(pretilted angle)을 형성하고 있지만, 양 배향막(35, 35')의 중간에서는 거의 90°를 이루게 되며 기판에 가까워지면서 점차 각도가 줄어드는 대칭적인 벤드구조로 되어 있어 시야각 특성이 향상된다.
상기한 바와 같이 액정(37)이 배향막과 90°를 이루는 액정의 벤드배향은, 배향막에 배향방향을 형성하고, 프리틸트각을 형성한 다음 액정을 프리틸트각에 따라 적절히 조절하여 주입함으로써 이루어진다. 그리고, 상기한 벤드 배향된 액정셀에 전기장을 인가해 주면 액정분자들이 전기장에 따라 움직이기 때문에 유효굴절율이 변하게 되어 투과율 역시 변하게 된다.
따라서, 액정분자가 상하기판 사이에서 서로 대칭으로 분포하여, 도 2에 나타낸 바와 같은 벤드배향이 이루어져 상하 또는 좌우방향의 비대칭이 사라지게 되므로, 기존의 액정셀에 비해 시야각 특성이 크게 향상되며, 배향분할을 하지 않고도 광시야각 특성을 얻을 수 있다.
그러나, 이러한 벤드구조의 OCB모드는 벤드구조를 인위적으로 만들어 주기 위한 부가적인 전압을 필요로 하며, 벤드구조 자체의 불안정성 등의 문제점이 여전히 남아있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 화소를 2개의 도메인으로 배향분할하여 평행배향하고, 보상필름을 사용하는 것에 의해 광시야각이 개선된 2도메인 평행배향 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 2도메인 평행배향 액정표시소자는, 제1편광판을 구비한 제1기판과, 보상필름 및 제2편광판을 차례로 적층한 제2기판과, 상기 제1기판 위에 형성된 제1 및 제2배향방향을 갖는 제1배향막과, 상기 제2기판 위에 형성된 제1 및 제2배향방향을 갖는 제2배향막과, 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정층으로 구성된다.
본 발명에 따른 2도메인 평행배향 액정표시소자는 2도메인만으로 우수한 광시야각을 실현할 수 있으므로 공정을 단순화시킬 수 있고, 액정층의 액정이 수평배향이므로 배향 방식 자체로서 화학적, 물리적으로 안정하며, 자연스러운 평행배향이므로 신뢰성, 공정안정성면에서 우수하다. 또한, 단순한 구조의 보상필름을 사용함으로써 방위각에 따른 광학특성의 상이함을 해결하여 사용자의 시야각변화에 관계없이 균일한 광학적 특성을 얻는 효과가 있으므로 훨씬 넓은 광시야각을 구현할 수 있다.
도 1은, 종래 VA모드 액정표시소자의 개략적인 구조를 나타내는 단면도.
도 2는, 종래 OCB모드 액정표시소자의 개략적인 구조를 나타내는 단면도.
도 3은, 본 발명의 2도메인 평행배향 액정표시소자의 개략적인 구조를 나타내는 사시도.
도 4는, 본 발명의 2도메인 평행배향 액정표시소자의 개략적인 구조를 나타내는 단면도.
도 5는, 본 발명의 2도메인 평행배향 액정표시소자의 액정의 배향방향을 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *
51 : 제1편광판 151 : 제2편광판
53 : 제1기판 153 : 제2기판
55 : 제1배향막 155 : 제2배향막
57 : 액정 59 : 보상필름
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 2도메인 평행배향 액정표시소자를 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 하나의 화소가 2도메인으로 형성된 2도메인 평행배향 액정표시소자의 개략적인 구조를 나타내는 사시도이다.
동일 도면에 나타내는 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시소자는 제1편광판(51)이 적층된 제1기판(53)과, 보상필름(59) 및 제2편광판(151)이 차례로 적층된 제2기판(153)과, 상기 제1기판 및 제2기판 사이의 액정층(57)으로 구성된다.
또한, 상기한 구조의 2도메인 평행배향 액정표시소자는, 하나의 화소를 두 개의 배향방향을 갖는 2도메인으로 형성하여 전압인가시에 각 도메인의 액정층 중간층의 액정분자의 틸트각이 서로 반대방향으로 되게 한다. 이 때, 제1 및 제2기판의 평균 프리틸트각의 크기는 0°보다 크고 45°보다 작게 설정한다.
상기 2도메인의 형성은 러빙(rubbing) 등의 기계적인 배향 또는 광배향을 혼용하는 방법이 가능하다. 러빙을 이용하는 방법은, PI(polyimide)를 기판에 도포하여 배향하고, 광배향을 이용하는 방법은, 상기 제1기판(53) 및 제2기판(153) 위에 PVCN(polyvinyl cinnamate)계 물질 또는 PSCN(polysiloxane cinnamate)계 물질 등과 같은 고분자물질을 도포하고, 그 위에 자외선 조사에 의한 광배향을 실시하여 액정분자의 배향방향이 x축방향이 되도록 배향막(55, 155)을 형성한다(이 때 배향의 정도는 액정의 물성과 요구되는 조건에 따라 적절하게 조절한다.).
더불어, 상기 제1기판(53)에 형성된 틸트각과 상기 제2기판(153)에 형성된 틸트각을 서로 다르게 형성할 수도 있다. 예를 들어, 상기 제1기판의 틸트각 또는 상기 제2기판의 틸트각 중 하나의 각을 0°로 하고, 나머지 하나의 각을 그 이상으로 형성하는 것이 가능하다.
그리고, 상기 제1기판(53) 아래에는 제1편광판(51)을 부착하고, 상기 제2기판(153) 위에는 보상필름(59)과 제2편광판(151)을 차례로 적층한다. 여기서 상기한 제1 및 제2편광판의 편광방향은 서로 직교하며, 도 5에 나타낸 바와 같이 액정의 배향방향(azimuthal direction)과는 각각 45°를 이루고 있다.
더불어, 본 발명의 상기한 보상필름(59, retardation film)은 도면상의 x축방향(액정의 배향방향과 동일방향)에 비해 y축방향의 편광이 25∼100㎚만큼 (+)의 위상보상이 되게 하고, xy평면에 비해 z축방향으로 0∼500㎚만큼 (-)의 위상보상이 되게 하는 기능을 가진다.
따라서, 본 발명의 보상필름(59)은 기판에 수직인 방향과 시야각 변화에 따른 방향에서 사용자가 느끼는 위상차를 보상해주는 역할을 하며, 하나의 화소를 2도메인으로 형성하는 것에 의해 더욱 효과적으로 상하방향의 시야각을 보상할 수 있다.
계속해서, 상기 제1기판(53)과 제2기판(153) 사이에 액정(57)을 주입하여 액정표시소자를 완성한다. 액정은 유전율이 (+)인 액정을 사용하여, 배향막 부근에서는 프리틸트각을 형성하고 있지만, 전압인가시에는 기판과 수직하게 형성되는 전계에 따라 양 배향막의 중간에서는 액정이 거의 90°를 이루게 된다.
상기한 액정층(57)의 리타데이션(ｄΔｎ)은 0.15∼0.35㎛가 되게 하고, 전압무인가 상태에서는 백색바탕모드(normally white mode)이고, 전압인가 상태에서는 흑색모드이나, 백색바탕모드에서의 전압은 완전 흑색모드에서의 전압의 0∼40%의 범위 내에서 정하도록 한다.
또한, 본 발명의 2도메인 평행배향 액정표시소자에 있어서, 상하 시야각 방향과 액정배향방향(azimuthal direction)이 이루는 각도는 0∼60°의 범위로 하며, 30°정도가 바람직하다.
도면으로 나타내지는 않았지만, 본 발명의 액정표시소자는 콘트라스트비가 10 보다 높은 범위에서 상하좌우 ±45°의 시야각 영역을 나타내는데, 이것은 4도메인 TN액정표시소자가 ±40°정도의 시야각 영역을 갖는 것에 비하여 매우 우수한 특성이라 할 수 있다.
그리고, 또 다른 실시예로서, 상기한 과정에서의 배향막을, 제1기판 또는 제2기판 중 어느 한 쪽에만 형성하여 배향할 수 있으며, 이러한 배향막 또한, 러빙(rubbing) 등의 기계적인 배향 또는 광배향을 혼용하는 방법이 가능하다. 그 외의 것은 상기한 바와 동일한 방법으로 2도메인 평행배향 액정표시소자를 제조할 수 있다.
본 발명에 따른 2도메인 평행배향 액정표시소자는, 2도메인만으로 4도메인 TN 액정표시소자 보다 우수한 광시야각을 실현할 수 있으며, 따라서 공정을 단순화시킬 수 있다. 그리고, VA모드와 같은 수직배향이 아닌 수평배향이므로, 배향 방식 자체가 화학적, 물리적으로 안정하며, 유전율이 음인 네가형 액정만을 사용하는 VA모드에 비해 신뢰성, 공정안정성면에서 우수하다.
또한, 벤드구조를 인위적으로 만들어 주기 위해 부가적인 전압인가가 요구되는 OCB모드에 비해 자연스러운 평행배향이므로, 벤드구조 자체의 불안정성 및 제조의 어려움 등의 문제점을 극복할 수 있다.
더불어, 본 발명의 2도메인 평행배향 액정표시소자는, 종래의 광시야각용 필름보다 단순한 구조의 보상필름을 사용함으로써 방위각에 따른 광학특성의 상이함을 해결하여 사용자의 시야각변화에 관계없이 균일한 광학적 특성을 얻는 효과가 있다.

Claims (29)

  1. 제1기판 및 제2기판과,
    상기 제1기판 또는 제2기판의 적어도 한 기판 위에 형성되어 제1 및 제2배향방향을 갖는 영역으로 이루어진 평행배향막과,
    상기 제1기판과 제2기판 사이에서, 인가되는 전계의 방향과 평행하게 배열되는 복수의 액정분자와,
    상기 제1기판 또는 제2기판의 적어도 한 기판에 부착된 보상필름과,
    상기 제1기판에 부착된 제1편광판과,
    상기 제2기판에 부착된 제2편광판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 평행배향막이 PVCN(polyvinyl cinnamate)계 물질이나 PSCN(polysiloxane cinnamate)계 물질로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  3. 제2항에 있어서, 상기 평행배향막의 배향이, 광을 조사하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기 평행배향막이 PI(polyimide)로 이루어진 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  5. 제4항에 있어서, 상기 평행배향막의 배향이, 러빙하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1기판 또는 상기 제2기판 중 평행배향막이 형성된 기판의 프리틸트각의 크기가, 0°∼ 45°인 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1편광판 및 상기 제2편광판의 편광축방향이, 상호 직교하는 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제1편광판 및 상기 제2편광판의 편광축방향이, 상기 액정분자층의 액정배향방향과 각각 45°를 이루는 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  9. 제8항에 있어서, 상기 액정분자층의 액정배향방향과 상하시야각방향이 이루는 각도가 0°∼ 60°인 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  10. 제8항에 있어서, 상기 액정분자층의 액정배향방향이, 전압무인가시에 백색바탕모드 상태를 나타내는 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  11. 제10항에 있어서, 상기 전압무인가시에 백색바탕모드 상태의 전압이, 전압인가시의 완전 흑색모드 상태의 전압의 0∼40%인 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  12. 제1항에 있어서, 상기 액정분자층의 리타데이션이, 0.15∼0.35㎛인 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  13. 제1항에 있어서, 상기 보상필름이, 25∼100㎚만큼 (+)의 수평위상차를 보상하는 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  14. 제1항에 있어서, 상기 보상필름이, 0∼500㎚만큼 (-)의 수직위상차를 보상하는 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  15. 제1기판 및 제2기판과,
    상기 제1기판 위에 형성되어 제1 및 제2배향방향을 갖는 영역으로 이루어진 제1평행배향막과,
    상기 제2기판 위에 형성되어 제1 및 제2배향방향을 갖는 영역으로 이루어진 제2평행배향막과,
    상기 제1기판과 제2기판 사이에서, 인가되는 전계의 방향과 평행하게 배열되는 복수의 액정분자와,
    상기 제1기판 또는 제2기판의 적어도 한 기판에 부착된 보상필름과,
    상기 제1기판에 부착된 제1편광판과,
    상기 제2기판에 부착된 제2편광판으로 이루어진 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  16. 제15항에 있어서, 상기 제1평행배향막이 상기 액정분자와 이루는 각과, 상기 제2평행배향막이 상기 액정분자와 이루는 각이 상이한 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1평행배향막이 상기 액정분자와 이루는 각 또는 상기 제2평행배향막이 상기 액정분자와 이루는 각이 0°인 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  18. 제15항에 있어서, 상기 제1평행배향막 또는 제2평행배향막이 PVCN(polyvinyl cinnamate)계 물질이나 PSCN(polysiloxane cinnamate)계 물질로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  19. 제18항에 있어서, 상기 제1평행배향막 또는 제2평행배향막의 배향이, 광을 조사하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  20. 제15항에 있어서, 상기 평행배향막이 PI(polyimide)로 이루어진 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  21. 제20항에 있어서, 상기 제1평행배향막 또는 제2평행배향막의 배향이, 러빙하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  22. 제15항에 있어서, 상기 제1기판 또는 상기 제2기판의 평균 프리틸트각의 크기가, 0°∼ 45°인 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  23. 제15항에 있어서, 상기 제1편광판 및 상기 제2편광판의 편광축방향이, 상호 직교하는 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  24. 제15항에 있어서, 상기 제1편광판 및 상기 제2편광판의 편광축방향이, 상기 액정분자층의 액정배향방향과 각각 45°를 이루는 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  25. 제24항에 있어서, 상기 액정분자층의 액정배향방향이, 전압무인가시에 백색바탕모드 상태를 나타내는 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  26. 제25항에 있어서, 상기 전압무인가시에 백색바탕모드 상태의 전압이, 전압인가시의 완전 흑색모드 상태의 전압의 0∼40%인 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  27. 제15항에 있어서, 상기 액정분자층의 리타데이션이, 0.15∼0.35㎛인 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  28. 제15항에 있어서, 상기 보상필름이, 25∼100㎚만큼 (+)의 수평위상차를 보상하는 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
  29. 제15항에 있어서, 상기 보상필름이, 0∼500㎚만큼 (-)의 수직위상차를 보상하는 것을 특징으로 하는 2도메인 평행배향 액정표시소자.
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