KR100308158B1 - 멀티도메인액정표시소자 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 멀티도메인 액정표시소자는 서로 대향하는 한쌍의 제1 및 제 2기판과, 상기 제1 및 제2기판 사이에 형성되고 복수의 화소영역을 갖는 전계제어 복굴절 방식 액정셀과, 상기 제1기판 위에 형성되어 액정의 배열을 제어하는 스위칭소자와, 상기 스위칭소자의 온/오프 제어에 의해 상기한 액정셀에 전계를 인가하는 화소전극과, 상기 화소전극 위에 형성되고 상기 액정의 초기 배향상태를 결정하는 제1배향막과, 상기 제1기판 위에 형성된 편광자와, 상기 제2기판 위에 형성되고 상기 화소전극과 함께 액정셀에 전계를 인가하는 대향전극과, 상기 대향전극 위에 형성되고 제1배향막과 함께 상기 액정의 초기 배향상태를 결정하는 제2배향막과, 상기 제1기판 또는 제2기판 위에 형성되어 액정셀을 투과하는 투과광의 위상차를 보상해주는 도메인 분할된 적어도 하나의 보상필름과, 상기 제2기판 위에 형성된 검광자를 포함하여 이루어진다.

Description

멀티도메인 액정표시소자{A-MULTI-DOMAIN LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 도메인 분할된 보상필름을 갖는 멀티도메인 액정표시소자에 관한 것이다.
액정표시소자(Liquid Crystal Display device)는 동작모드에 따라 개략적으로 TN(Twisted Nematic)형, GH(Guest Host)형, ECB(Eelectrically Controlled Birefringence)형 및 OCB(Optically Compensated Birefringence)형 등으로 나눌 수 있는데, 최근에는 상기한 TN모드의 LCD가 휴대용 컴퓨터, 측정장치 및 그와 유사한 것들에 적용되어 광범위하게 사용되고 있다. 그러나, 이러한 TN-LCD는 시야각이 좁고, 응답속도가 늦다는 문제점이 있다.
반면에, 액정셀에 전압을 인가하면, 액정의 유전이방성에 의해 액정분자의 배열이 변화하여 액정셀 중의 복굴절율이 변화한다. 이렇게 액정셀의 복굴절율을 변화시켜 광투과율의 변화를 유도하는 방식을 전계제어복굴절방식(ECB mode)이라 한다.
호모지니어스(homogeneous)형 LCD는 ECB-LCD의 대표적인 것으로서 이러한 LCD에서는 액정분자의 장축이 기판에 대해 평행으로 배열된 호모지니어스배향 액정셀과 액정의 유전이방성이 정(正)의 네마틱액정(Np)을 사용한다.
도 1의 (가)는 일반적인 호모지니어스형 LCD의 단면도, (나)는 도 1의 (가)의 액정의 배향방향과 보상필름의 광축방향과의 관계를 나타내는 도면으로서, 도면에 나타낸 바와 같이, 투명한 제1기판(100)에는 액정분자(120)의 배열을 제어하는 스위칭소자(도시하지 않음), 화소전극(도시하지 않음) 및 제1배향막(103)이 순서대로 형성되어 있으며, 기판(100)의 반대측에는 편광자(105)가 부착되어 있다. 상기 제1기판(100)과 대향하는 제2기판(107)에는 대향전극(도시하지 않음), 컬러필터층 (도시하지 않음) 및 제2배향막(109)이 형성되어 있고, 기판(107)의 반대측에는 보상필름(111) 및 검광자(113)가 순서대로 형성되어 있으며, 두 기판(100, 107) 사이 에는 액정분자(120)들로 이루어진 액정셀이 게재되어 있다.
상기한 구조의 액정표시소자에서 전압이 인가되지 않는 경우(Voff), 액정(120)은 상기 제1배향막(103) 및 제2배향막(109)의 배향방향에 따라 배향되고, 화소전극과 대향전극 사이에 전압이 인가되면(Von), 액정(120)은 전계의 방향을 따라 배열이 바뀌게 된다.
이와 같은 구조를 갖는 백색바탕모드(normally white mode)의 호모지니어스형 액정표시소자에서는, 블랙상태에서 입사광이 액정셀을 통과할 때 정상광과 이상광 사이에 발생하는 위상차를 보상하고자 보상필름(111)을 필수 구성요소로 하고 있다.
도 1의 (나)에 나타내듯이, 제1배향막(103)에 의한 액정(120)의 배향방향(103a), 제2배향막(109)에 의한 액정(120)의 배향방향(109a)은 모두 보상필름(111) 의 광축방향(111a)과 수직으로 교차하고, 그 각각은 서로 평행하도록 배치된다. 그결과, 평면상에서 보았을 때 기준축(115)에 대하여 θ1= 135°, θ2= θ3= 45°를 이루게 된다.
상기한 액정표시소자는 일반적으로 TN형에서 널리 이용되는 Np형 액정을 사용하기 때문에 액정재료의 선택범위가 넓고 안정된 초기배향을 얻을 수 있다는 장점에도 불구하고, 시야각이 좋지 못하고 색반전(gray inversion) 영역이 좁다는 단점이 있다. 이러한 호모지니어스형 액정표시소자의 단점은 멀티도메인 (multi-domain)액정셀을 제작하므로써 해결가능한데, 멀티도메인에서 블랙상태를 만들기 위해서는 멀티도메인 보상필름이 필요하다.
도 2는 미국특허 제5,589,963호에서 제안된 멀티도메인 보상필름을 채용한 TN형 액정표시소자를 나타내고 있다. 도면에 나타내듯이, 제1기판(201) 위에는 제1배향막(203)이 형성되어 있고, 기판(201)의 반대측에는 제1보상필름(C-plate)(205) 및 편광자(207)가 형성되어 있다. 제2기판(209) 위에는 제2보상필름 (O-plate)(211), 제3보상필름(A-plate)(213) 및 제2배향막(215)이 형성되어 있고, 기판(209)의 반대측에는 검광자(217)가 형성되어 있다. 액정(220)의 초기 배향상태는 상기한 제1 및 제2배향막(203, 215)에 의해 결정된다.
그러나, 상기한 특허는 TN형 액정표시소자에 국한된 것으로서, 응답속도가 느리고, 액정의 신뢰성이 떨어진다는 단점이 있었다.
본 발명은 상기한 종래 기술에 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 적어 도 하나의 도메인 분할된 보상필름을 채용하여 광시야각 멀티도메인 전계제어복굴절방식 액정표시소자를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 종래 트위스트 네마틱 액정셀에 비햐여 리타데이션(dΔn, 여기서 d는 액정셀의 두께, Δn은 액정셀의 굴절율의 변화율)이 작은 액정셀을 이용하므로써 상대적으로 액정의 응답속도를 향상시키는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기한 액정표시소자를 광배향처리하므로써 공정중에 방생하는 먼지 및/또는 정전기로부터 기판을 보호하며, 액정의 신뢰성을 높이는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예에 따른 멀티도메인 액정표시소자는 호모지니어스 액정셀을 게재하여 서로 대향하는 한쌍의 제1 및 제2기판과, 제1기판 위에 형성되어 액정의 배열을 제어하는 스위칭소자와, 스위칭소자의 온/오프 제어에 의해 상기한 액정셀에 전계를 인가하는 화소전극과, 화소전극 위에 형성되고 상기 액정의 초기 배향상태를 결정하는 제1배향막과, 상기 제1기판의 반대측에 부착된 편광자와, 제2기판 위에 형성되고 상기 화소전극과 함께 액정셀에 전계를 인가하는 대향전극과, 대향전극 위에 형성된 컬러필터층과, 상기 대향전극 위에 형성되고 제1배향막과 함께 상기 액정의 초기 배향상태를 결정하는 제2배향막과, 상기 제1기판 또는 제2기판 위에 형성되어 투과광의 위상차를 보상해주는 적어도 하나의 보상필름과, 보상필름 위에 부착된 검광자를 포함하여 이루어진다.
상기한 보상필름은 도메인 분할된 보상필름으로서, 각각의 도메인은 서로 다른 굴절율에 의해 광학적 특성을 달리한다.
이러한 보상필름은 기판 위에 광, 특히 자외선에 반응하는 액정셀을 형성한 후 마스크로 차단하여 광을 조사하므로써 도메인 분할한다.
본 발명의 다른 실시예는 반사형 멀티도메인 호모지니어스 액정표시소자에 관한 것으로서, 2도메인 반사형의 경우 투과형 액정표시소자의 4도메인과 같은 효과를 나타낸다.
또한, 호모지니어스 액정표시소자와 동일하게 전계제어복굴절방식으로 구동되는 하이브리드배향네마틱(hybrid-aligned nematic) 액정표시소자도 호모지니어스 액정표시소자도 도메인 분할된 보상필름을 채용하므로써 호모지니어스 액정표시소자에서와 같은 동일한 효과를 얻을 수 있다. 이러한 멀티도메인 액정표시소자에 의하면 광시야각을 확보하는데 있어 매우 유리하고, 색반적 영역을 넓힐 수 있다.
도 1의 (가)는 일반적인 호모지니어스(homogeneous)형 액정표시소자의 단면도, (나)는 도 1의 (가)의 액정의 배향방향과 보상필름의 광축방향과의 관계를 나타내는 도면.
도 2는 종래 화소분할된 보상필름을 갖는 트위스트네마틱(twisted nematic) 액정표시소자를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 도메인 분할된 보상필름을 제조하는 방법을 나나태는 도면.
도 4는 도 3의 보상필름 상에서 굴절율 차에 의해 2도메인으로 분할된 보상필름을 나타내는 도면.
도 5는 보상필름의 광축과 리타데이션과의 관계를 나타내는 도면.
도 6의 (가), (나)는 본 발명에 따라 4도메인 분할된 액정표시소자의 액정의 배향방향과 보상필름의 광축방향과의 관계를 나타내는 도면.
도 7의 (가)∼(마)는 본 발명에 따른 액정의 배향을 나타내는 도면.
도 8의 (가)∼(나), 및 (다)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도면.
도 9의 (가), (나), 및 (다)는 본 발명의 다른 실시예에 따른 도면.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명*
300 : 투명기판301 : 액정막
303 : 광마스크601, 603 : 액정의 배향방향
605 : 보상필름의 광축방향805, 811 : 배향막
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 도메인 분할된 보상필름의 제조 방법 중 일례를 나타내는 도면으로서, 도면에 나타내듯이, 도메인 분할된 보상필름은 먼저 투명기판 (300) 위에 자외선에 의해 경화(curing)되는 특성을 갖는 액정막(제1보상필름)(301)을 도포하고(S1). 그후, 광마스크(303)로 상기 액정막(301)을 차단한 후 자외선을 조사하여(S2). 상기 광마스크(303)에 의해 노출된 영역과 차단된 영역이 서로 다른 굴절율을 갖는 도메인 D1과 도메인 D2로 분리한 후(S3). 계속해서, 상기 한 도메인 D1과 도메인 D2의 광축에 수직한 방향으로제2보상필름(305)을 부착하므로써(S4) 얻어진다. 자외선에 노출되지 않은 제1보상필름(301)의 도메인 D1의 굴절율을 A1, 자외선에 노출된 도메인 D2의 굴절율을 A', 제2보상필름(305)의 굴절율을 A2라고 할 경우, 굴절율의 크기는 A' <A2 <A1의 관계가 성립하고, 이 경우 굴절율이 서로 다른 도메인 D1과 도메인 D2가 만들어진다.
도 4는 도 3의 보상필름 상에서 굴절율차에 의해 2도메인으로 분할된 보상필름을 나타내는 도면으로서, 도메인 분할된 보상필름의 리타데이션 크기는 액정의 종류에 따라 차이가 있으며, 일례로 호모지니어스 배향의 경우 리타데이션의 크기는 아래의 수학시 1로부터 구할 수 있다.
(A1 - A2) = (A2 - A1') ≒ 40nm
여기서, A1' = Onm 면 A1 = 2A2
상기한 바와 같은 보상필름을 채용하여 제작된 액정표시소자는 수직배향의 광학적 특성의 우수성과 수평배향의 안정성을 모두 보유하고, 동일 액정에서도 IN형에 비하여 요구되는 셀의 두께가 얇기 때문에 응답속도를 높일 수 있다(TN의 경우 dΔn= 476nm, 호모지니어스의 경우 dΔn = 275nm).
도 5는 도 4에 나타낸 보상필름의 광축을 나타내는 도면으로서, 보상필름의 n×축(slow axis)과 ny축(slow axis)사이의 조건만 성립한다면 본 발명의 보상필름이외의 다른 보상필름도 사용 가능하다. 추가로, 시야각을 넓히기 위하여 다른 보상필름, 예를들면 이축성보상필름(C-plate)을 부착시킬 필요가 있기 때문에 도메인분할된 보상필름의 특성에서 필름면에 수직한 방향이나 기울어진 방향으로 굴절율의 변화가 있는 보상필름도 사용 가능하다. 도면에서 R은 리타데이션을 나타낸다.
도 6의 (가)는 본 발명에 따라 4도메인 분할된 액정표시소자의 액정셀의 평면도, (나)는 보상필름의 구조 평면도로서, 본 발명에서는 액정셀을 4개의 호모지니어스 도메인으로 구성한다. 도면의 부호 601은 하판의 배향막에 의한 액정의 배향방향을, 부호 603은 상판의 배향막에 의한 액정의 배향방향을, 부호 605는 보상필름의 광축방향을 나타낸다. 이때, 액정의 배향방향은 편광자(도시하지 않음) 및 검광자(도시하지 않음)와 45°의 각도를 이룬다. 블랙상태를 만들기 위해 보상필름(A-plate)의 광축방향은 액정의 배향방향에 수직이어야 하므로 각 도메인의 광축방향은 (나)에서와 같은 구조의 2도메인 분할된 보상필름이 필요하다.
도 7은 도 6에 나타낸 액정의 배향방향을 여러 가지 형태로 구성한 실례를 보이는 것으로서, 도면에 나타내듯이, (가) 및 (나)의 경우 2도메인 분할된 보상필름이 수평의 줄형태로 도메인 경계가 배치되고, (다)의 경우 2도메인 분할된 보상필름이 수직의 줄형태로 도메인 경계가 배치된다. (라) 및 (마)의 경우는 4도메인 분할된 보상필름이 필요하다.
본 발명의 제1배향막 또는 제2배향막의 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 광배향 물질을 도포하고 광을 조사하여 결정할 수도 있다. 그러나, 공정 중의 기판의 손실을 방지하고 액정의 신뢰성을 높이려면 광배향이 유리하다. 광조사는 편광되거나, 편광되지 않은 빛을 1회 또는 그 이상 조사하므로써 수행되는데, 이때, 상기한 빛은 자외선이 바람직하다.
도 8의 (가)는 반사형 2도메인 호모지니어스 액정표시소자를 나타내는 도면 으로서, 제1기판(801) 위에는 반사판 역할을 하는 화소전극(809)과 제1배향막(811) 이 형성되어 있고, 제2기판(803) 위에는 상기 화소전극(809)과 함께 전계를 형성하는 대향전극(도시하지 않음)과 제2배향막(805) 형성되어 있고, 기판(803)의 반대측에는 도메인 분할된 보상필름이 형성되어 있다.
도 8의 (나) 및 (다)는 (가)의 액정표시소자에서 가능한 액정의 배향방향 및 보상필름의 광축방향을 나타내는 것으로서, 2도메인 보상필름이 (나)에서는 수직의 줄형태고, (다)에서는 수평의 줄형태로 도메인 경계면이 위치한다. 도면에서, 부호 801a는 제1배향막(811)에 의한 액정의 배향방향을 나타내고, 부호 803a는 제2배향막(805)에 의한 액정의 배향방향을 나타내며, 부호 807a는 보상필름의 광축방향을 나타낸다.
반사형의 경우 투과형에 비하여 액정셀의 두께가 반이고, 광이 액정셀을 2회투과하므로 1도메인에서 투과형의 2도메인 효과를 얻을 수 있다. 이러한 점에서 반사형의 2도메인 호모지니어스 액정표시소자는 투과형의 4도메인 호모지니어스 액정표시소자와 같은 효과를 갖는다.
도 9의 (가)는 도 8의 호모지니어스 액정표시소자와 같이 전계제어복굴절 방식으로 구동되는 반사형 2도메인 하이브리드배향 네마틱 액정표시소자를 나타내는 도면으로서, 제1기판(901) 위에는 반사판 역할을 하는 화소전극(909)과 제1배향막 (911)이 형성되어 있고, 제2기판(903) 위에는 상기 화소전극(909)과 함께 전계를 형성하는 대향전극(도시하지 않음)과 제2배향막(905) 형성되어 있고, 기판(903)의 반대측에는 도메인 분할된 보상필름이 형성되어 있다.
도 9의 (나) 및 (다)는 (가)의 액정표시소자에서 가능한 액정의 배향방향 및 보상필름의 광축방향을 나타내는 것으로서, 2도메인 보상필름이 (나)에서는 수직의 줄형태고, (다)에서는 수평의 줄형태로 도메인 경계면이 위치한다. 도면에서, 부호 901a는 제1배향막(911)에 의?? 액정의 배향방향을 나타내며, 부호 903a는 제2배향 막(905)에 의한 액정의 배향방향을 나타내며, 부호 907a는 보상필름의 광축방향을 나타낸다.
이상과 같은 하이브리드배향 네마틱 액정표시소자를 본 발명에 따라 도메인 분할된 보상필름을 이용하여 2도메인 이상의 멀티도메인으로 구성하는 경우에도 호모지니어스 액정표시소자에서와 같은 동일한 효과를 기대할 수 있다.
본 발명에 따르면 백색바탕모드로 구동되는 멀티도메인 전계제어복굴절 액정 표시소자에 적어도 하나의 도메인 분할된 보상필름을 채용하므로써 보다 우수한 시야각특성을 확보할 수 있고, 또한 리타데이션이 작은 액정셀을 이용하므로써 종래트위스트 네마틱 액정표시소자에 비해 상대적으로 빠른 액정의 응답속도를 얻을 수있다. 더욱, 액정배향막을 광배향 처리하므로써 공정 중에 발생하는 먼지 또는 정전기로부터 기판을 보호하는 것이 가능하여 액정의 신뢰성을 높일 수 있다.

Claims (8)

  1. 서로 대향하는 한쌍의 제1기판 및 제2기판과,
    상기 제1 및 제2기판 사이에 형성되고 복수의 화소영역을 갖는 전계제어복굴 절방식 액정셀과,
    상기 제1기판 위에 형성되어 액정의 배열을 제어하는 스위칭소자와,
    상기 스위창소자의 온/오프 제어에 의해 상기한 액정셀에 전계를 인가하는 화소전극과,
    상기 화소전극 위에 형성되고 상기 액정의 초기 배향상태를 결정하는 제1배향막과,
    상기 제1기판 위에 형성된 편광자와,
    상기 제2기판 위에 형성되고, 상기 화소전극과 함께 액정셀에 전계를 인가하는 대향전극과,
    상기 대향전극 위에 형성되고 상기 제1배향막과 함께 상기 액정의 초기 배향상태를 결정하는 제2배향막과,
    상기 제1기판 위에 형성되어 액정셀을 투과하는 투과광의 위상차를 보상해주는 보상필름과,
    상기 제2기판 위에 형성되어 액정셀을 투과하는 투과광의 위상차를 보상해 주고 광에 의해 서로 다른 굴절율을 가지는 도메인 분할된 보상필름과,
    상기 제2기판 위에 형성된 검광자를 포함하여 이루어진 멀티도메인 액정표시소자.
  2. 제1항에 있어서, 상기 액정셀이 호모지니어스배향된 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  3. 제1항에 있어서, 상기 액정셀이 하이브리드배향된 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  4. 제1항에 있어서,상기 액정셀의 리타데이션이 476nm 이하인 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  5. 제1항에 있어서, 상기 액정셀의 리타데이션이 200∼350nm인 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  6. 제1항에 있어서, 상기 보상필름이 4도메인으로 분할된 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2배향막을 구성하는 물질이 폴리실록산신나메이트(Polysiloxanecinnamate), 폴리비닐신나메이트(Polyvinylcinnamate) 및 셀루로즈신나메이트(Celllulosecinnamate)로 이루어진 제1군으로부터 선택되어지는 것을 특징으로 하는 멀티도메인 액정표시소자.
  8. 서로 대향하는 한쌍의 제1기판 및 제2기판과,
    상기 제1 및 제2기판 사이에 형성되고 복수의 화소영역을 갖는 전계제어복굴절방식 액정셀과,
    상기 제1기판 위에 형성되어 액정의 배열을 제어하는 스위칭소자와,
    상기 스위칭소자의 온/오프 제어에 의해 상기한 액정셀에 전계를 인가하는 반사전극과,
    상기 반사전극 위에 형성되고 상기 액정의 초기 배향상태를 결정하는 제1배향막과,
    상기 제2기판 위에 형성되고 상기 화소전극과 함께 액정셀에 전계를 인가하는 대향전극과,
    상기 대향전극 위에 형성되고 상기 제1배향막과 함께 상기 액정의 초기 배향상태를 결정하는 제2배향막가,
    상기 제1기판 위에 형성되어 액정셀을 투과하는 투과광의 위상차를 보상해 주는 보상필름과,
    상기 제2기판 위에 형성되어 액정셀을 투과하는 투과광의 위상차를 보상해 주고 광에 의해 서로 다른 굴절율을 가지는 도메인 분할된 보상필름을 포함하여 이루어진 반사형 멀티도메인 액정표시소자.
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