KR100294685B1 - 배향분할 액정표시소자 - Google Patents

배향분할 액정표시소자 Download PDF

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Abstract

본 발명의 배향분할 액정표시소자는 TFT기판과, 그 위에 형성되고 배향처리되지 않은 제1수직배향막과, 상기 TFT기판과 대향하는 컬러필터기판과, 그 위에 형성된 컬러필터층 및 배향처리된 제2수직배향막과, 두 기판 사이에 협지되어 제1 및 제2수직배향막에 의해 배향방향이 결정되는 액정으로 이루어지고, 상기 제2수직배향막은 두 영역으로 분할되어 각 영역에서의 배향특성이 서로 상반된다.

Description

배향분할 액정표시소자
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 배향분할 액정표시소자에 관한 것이다.
일반적으로 널리 사용되고 있는 TN(Twisted Nematic)모드의 액정표시소자는 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-TN모드의 경우는 상하 시야각이 ±25。 밖에 되지 않으며, 4도메인-TN모드의 경우는 상하좌우 시야각이 ±40。정도 밖에 되지 않는다는 문제점이 있었다.
상기한 문제점을 해결하기 위해, 최근에는 액정표시소자의 광시야각을 목적으로 한 ECB(Electrically Controlled Birefringence)모드가 제안되어 있다. ECB모드는, 액정셀에 전압을 인가하면, 액정의 유전율이방성에 의해 액정분자의 배열이 변화하여 액정셀 중의 복굴절율이 변화하는 것을 이용하여 광투과율의 변화를 유도한다.
도 1에 나타낸 것과 같은 VA(Vertical Alignment)모드는 ECB모드의 대표적인 예로서, 유전율이방성이 음인 액정(liquid crystal with negative dielectric anisotropy)과 수직배향막을 이용한 것이다. 이 VA모드는 기본이 되는 모노도메인 방식과, 전방위에서 광시야각을 실현한 배향분할 방식의 두 가지가 있으나, 도면에서는 배향분할방식을 보이고 있다.
상기한 방식의 액정표시소자는 TFT기판(10)과, 그 위에 형성된 제1수직배향막(15a)과, TFT기판(10)과 대향하는 컬러필터기판(20)과, 그 위에 형성된 컬러필터층(11) 및 제2수직배향막(15b)과, 상기 두 배향막(15a, 15b) 사이에 협지된 네가형 액정(negative liquid crystal)(17)을 구비하고 있다. 도면의 두 영역 Ⅰ, Ⅱ에서 액정(17)은 서로 다른 배향상태를 나타내며, 배향막(15a, 15b)은 배향처리되어 있다.
전압무인가 상태는 네가형 액정분자가 수직으로 배향되어 있고, 각 기판에 부착된 편광판(도시하지 않음)은 편광축이 수직하게 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 액정 분자가 서로 반대가 되도록 기울게 배향하며, 액정 분자가 갖는 광학 이방성을 없애고 전방위의 시야각 특성을 향상시킨다.
그러나, 상기 VA모드는 합착공정시 배향분할 경계부(도면의 점선)가 정확하게 일치하지 않으면 배향불량이 발생하게 되고 이것은 표시품질을 저하시키는 원인이 된다.
또한, 상기 VA모드가 갖는 배향분할 경계부 불일치에 의한 문제는 도 2에 나타낸 것과 같은 CTN(Complementary Twisted Nematic)모드의 액정표시소자에서도 나타난다. CTN모드 액정표시소자는 두 기판(10, 20) 사이에 액정(17)이 협지되고, 상기 액정(17)은 한쌍의 배향막(15a, 15b)에 의해 배향된다. 기판(20) 위에는 컬러필터층(11) 및 차광층(13)이 형성되어 있으며, 상기 차광층(13)은 배향분할 경계부상에서 빛의 누설을 방지하는 역할을 한다. 이때, 차광층(13)과 배향분할 경계부가 정확하게 일치하지 않는 경우 배향불량이 발생하게 되어 표시품질을 저하시키게 된다. 이러한 차광층(13)과 배향분할 경계부를 정확하게 일치시키고자 하는 노력은 고가의 정렬(align)장비를 사용하였을 경우에만 만족되는 실정이다.
도 3은 종래 모자이크형태의 배향분할방식을 나타내는 도면으로서, R, G 및 B는 컬러필터소자를 나타내고 있다. 이러한 형태는 도 1, 2에 나타낸 것과 같은 구조 및 임의의 배향분할방식에도 적용되는 형태이나 배향분할시에 배향분할 경계부가 정확하게 일치되지 않으면 색얼룩이 나타나는 등의 문제점을 안고 있다.
본 발명은 상기한 종래 기술의 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 동일한 컬러필터소자 방향에 수직하게 줄무늬 형태로 배향분할처리하므로써 색얼룩의 발생을 억제한 배향분할 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 배향분할 경계부에 차광층을 형성하지 않으므로써 경계부와 차광층의 정렬(align)공정을 생략하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 한쌍의 배향막중 하나의 배향막에 한하여 적극적인 배향처리를 수행하므로써 그것의 배향규제력에 의하여 액정의 배향방향을 결정하는 것이다.
상기한 본 발명의 목적들을 달성하고자 본 발명의 액정표시소자는 한쌍의 제1기판(TFT기판) 및 제2기판(컬러필터기판)과, 그 위에 형성된 수직한 제1배향막 및 제2배향막과, 상기 제2배향막과 컬러필터기판 사이에 형성된 컬러필터층과, 두 기판 사이에 협지되어 상기 배향막에 의해 배향방향이 결정되는 액정으로 이루어진다.
제1배향막 또는 제2배향막 어느 한쪽은 적극적으로 배향처리되어 그것의 배향규제력에 의하여 액정의 배향방향이 결정된다. 이때, 상기한 기판 위에는 차광층을 형성하지 않으므로써 배향분할 경계부와 차광층을 일치시켜야 하는 문제를 근본적으로 해결하였다.
도 1은 VA멀티도메인셀구조를 나타내는 도면.
도 2는 CTN셀구조를 나타내는 도면.
도 3은 종래 모자이크형태의 배향분할을 나타내는 도면.
도 4는 본 발명에 따른 셀구조를 나타내는 도면.
도 5는 본 발명에 따른 배향분할방식을 나타내는 도면.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
110-----TFT기판 111-----컬러필터층
113-----차광층 115a,b-----배향막
117-----액정 120-----컬러필터기판
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4는 본 발명에 따른 배향분할 액정표시소자를 나타내고 있다. 도면에 나타내듯이, 액정표시소자는 TFT기판(110)과, 그 위에 형성된 제1수직배향막(115a)과, 상기 TFT기판(110)과 대향하는 컬러필터기판(120)과, 그 위에 형성된 컬러필터층(111)과, 상기 컬러필터층(111) 위에 형성된 제2수직배향막(115b)과, 두 기판(110, 120) 사이에 협지되어 상기 배향막(115a, 115b)에 의해 배향방향이 결정되는 액정(117)으로 이루어진다. 도면의 두 영역 Ⅰ, Ⅱ에서는 액정(117)이 서로 다른 배향상태를 나타낸다. TFT기판(110) 및 컬러필터기판(120) 위에 형성된 배향막(115a, 115b)은 수직배향막으로서 전압무인가시에는 액정층의 중간영역에서 대체로 액정의 수직배향상태를 유도하며, 전압인가시에는 대체로 수평배향상태를 유도한다. 사용되는 액정(117)은 음의 유전율이방성을 갖는 액정이 바람직하다.
제2배향막(115b)의 배향방향은 폴리아미드(polyamide) 또는 폴리이미드(polyimide)계 화합물, PVA(polyvinylalcohol), 폴리아믹산(polyamic acid) 또는 SiO2등의 물질을 도포하고 러빙을 실시하여 결정하거나, 폴리실록산신나메이트(polysiloxanecinnamate), 폴리비닐신나메이트(polyvinylcinnamate) 또는 셀루로즈신나메이트(cellulosecinnamate) 등의 광배향물질을 도포하고 광을 조사하여 결정할 수도 있다. 광조사는 편광되거나, 편광되지 않은 빛을 1회 또는 그 이상 조사하므로써 수행되는데, 이때, 상기한 빛은 자외선이 바람직하다. 정전기 및/또는 먼지 발생에 의한 기판(120)의 손상을 방지하기 위해서는 광배향법을 이용하는 것이 바람직하다.
제2배향막(115b)을 적극적인 배향처리하는 것에 의해 컬러필터기판(120) 근처 액정(117)의 배향방향이 결정되는 반면에 제1배향막(115a)은 러빙 또는 광조사와 같은 적극적인 배향처리를 수행하지 않는다. 이것은 제2배향막(115b)이 갖는 배향규제력에 의해 TFT기판(110) 근처의 액정(117)을 배향시키기 위함이다. 이와는 반대로 제1배향막(115a)을 적극적으로 배향처리하고 제2배향막(115b)을 배향처리하지 않는 경우도 가능하다.
도 5는 본 발명에 따른 배향분할구조를 나타내는 도면으로서, 본 발명에서는 화소내의 컬러필터소자들을 줄무늬형태로 배열하고 있다. 도면에서 R, G 및 B는 컬러필터소자를 나타내며, 두 영역 Ⅰ, Ⅱ에서는 액정이 서로 다른 배향상태를 나타낸다. 동일 배향상태의 길이방향과 각각의 컬러필터소자의 동일 컬러방향이 서로 수직하도록 형성하므로써 정확한 정렬이 불필요하게 되어 고가의 정렬(align)장비를 필요로 하지 않으며, 색얼룩을 방지하는 것이 가능하게 된다. 또한, 각 배향분할 경계부에 차광층을 형성하지 않으므로 추가공정을 생략할 수 있고, 개구율의 증가를 꾀할 수 있다. 각 영역의 폭은 150㎛ 이하가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 90㎛ 이하, 가장 바람직하게는 50∼90㎛이다.
본 발명에 따른 액정표시소자는 동일한 컬러필터소자 방향에 수직하게 줄무늬 형태로 배향분할처리하므로써 색얼룩의 발생을 억제할 수 있고, 배향분할 경계부에 차광층을 형성하지 않으므로써 개구율을 향상시킬 수 있다.
더욱, 본 발명은 한쌍의 배향막중 하나의 배향막에 한하여 적극적인 배향처리를 수행하고 그것의 배향규제력에 의하여 액정의 배향방향을 결정하므로써 배향공정을 단축시키는 것이 가능하다.

Claims (8)

  1. 서로 대향하는 한쌍의 제1기판 및 제2기판과,
    제1기판 위에 형성되고 배향처리되지 않은 제1수직배향막과,
    제2기판 위에서 복수의 컬러필터소자들로 구성된 컬러필터층과,
    컬러필터층 위에서 배향처리되고 서로 상반된 배향특성을 갖는 복수의 영역으로 분할된 제2수직배향막과,
    상기한 두 기판 사이에 협지되어 제1 및 제2수직배향막에 의해 배향방향이 결정되는 액정으로 이루어지고, 상기 제2수직배향막의 배향상태의 길이방향과 각각의 컬러필터소자의 동일 컬러방향이 서로 수직하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배향분할 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 제1수직배향막 또는 제2수직배향막 중 적어도 어느 하나를 구성하는 물질이, 폴리이미드(polyimide) 및 폴리아미드(polyamide)계 화합물, PVA(polyvinylalcohol), 폴리아믹산(polyamic acid) 및 SiO2로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 배향분할 액정표시소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 제1수직배향막 또는 제2수직배향막 중 적어도 어느 하나를 구성하는 물질이, 폴리실록산신나메이트(polysiloxanecinnamate), 폴리비닐신나메이트(polyvinylcinnamate) 및 셀루로즈신나메이트(cellulosecinnamate)화합물로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 배향분할 액정표시소자.
  4. 제1항에 있어서, 상기한 액정이 음의 유전율이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 배향분할 액정표시소자.
  5. 서로 대향하는 한쌍의 제1기판 및 제2기판과,
    제1기판 위에서 배향처리되고 서로 상반된 배향특성을 갖는 복수의 영역으로 분할된 제1수직배향막과,
    제2기판 위에서 복수의 컬러필터소자들로 구성된 컬러필터층과,
    컬러필터층 위에서 배향처리되지 않은 제2수직배향막과,
    상기한 두 기판 사이에 협지되어 제1 및 제2수직배향막에 의해 배향방향이 결정되는 액정으로 이루어지고, 상기 제1수직배향막의 배향상태의 길이방향과 각각의 컬러필터소자의 동일 컬러방향이 서로 수직하도록 형성되는 것을 특징으로 하는 배향분할 액정표시소자.
  6. 제5항에 있어서, 상기한 제1수직배향막 또는 제2수직배향막 중 적어도 어느 하나를 구성하는 물질이, 폴리이미드(polyimide) 및 폴리아미드(polyamide)계 화합물, PVA(polyvinylalcohol), 폴리아믹산(polyamic acid) 및 SiO2로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 배향분할 액정표시소자.
  7. 제5항에 있어서, 상기한 제1수직배향막 또는 제2수직배향막 중 적어도 어느 하나를 구성하는 물질이, 폴리실록산신나메이트(polysiloxanecinnamate), 폴리비닐신나메이트(polyvinylcinnamate) 및 셀루로즈신나메이트(cellulosecinnamate)화합물로 이루어진 일군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 배향분할 액정표시소자.
  8. 제5항에 있어서, 상기한 액정이 음의 유전율이방성을 갖는 것을 특징으로 하는 배향분할 액정표시소자.
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