KR100444795B1 - 광 반응성 모노머를 이용한 평면 구동 모드 액정 표시 장치의 제조 방법 - Google Patents

광 반응성 모노머를 이용한 평면 구동 모드 액정 표시 장치의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

액정에 광 반응성 모노머를 도핑한 후 액정 셀에 주입하고, 상기한 액정 셀에 자외선을 노광하여 상기 모노머를 경화시켜 고분자 네트워크를 형성함으로써, 액정 표시 장치의 응답 시간을 줄인 평면 구동 모드 액정 표시 장치의 제조 방법.

Description

광 반응성 모노머를 이용한 평면 구동 모드 액정 표시 장치의 제조 방법
본 발명은 액정 표시 장치(liquid crystal display)에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 평면 구동 방식(in-plane switching mode, 이하 'IPS 모드'라 한다.) 액정 표시 장치의 제조 방법에 관한 것이다.
노트 북(note book) 컴퓨터나 워크스테이션(workstation) 등의 모니터(monitor)와 같은 평면 표시 장치에 널리 이용되는 액정 표시 장치에는 주로 단일 영역 비틀린 네마틱(single-domain twisted nematic, 이하 'TN'이라 한다) 셀(cell)이 사용된다. 그러나 TN 셀은 좁고 불균일한 시야각(viewing angle) 특성을 갖는 단점이 있다.
이러한 시야각 특성을 개선하는 방법으로 최근에는 IPS 모드가 많이 적용되고 있다. 도 1a와 도 1b에 IPS 모드의 동작 원리를 나타내는 액정 패널의 구조를 도시하였다. 도 1a에서와 같이 IPS 모드는 TN 모드와 달리 모든 액정(30)이 상하의 기판(10) 면에 대하여 평행하면서 균일한 방향으로 배열된 수평 배향 구조(homogeneous structure)를 이루며 전극(20)은 모두 한쪽 기판(10)에만 설치되어 있다. 또한 도 1b와 같이 전기장의 방향(40)이 액정(30)층에 평행하게 형성된다. 따라서 IPS 모드에서는 액정(30)이 기판(10)과 평행한 면 내에서 작동하게 되어 넓은 시야각을 가질 수 있다.
그러나 IPS 모드 액정 표시 장치의 중요한 단점중의 하나는 응답 시간이 길다는 점이다. 여기서 응답 시간이란 액정 표시 장치가 온(on) 또는 오프(off) 될 때 걸리는 시간을 말한다. 이러한 IPS 모드 액정 표시 장치의 응답 시간은 턴 온 시간(
Figure kpo00001
)과 턴 오프(
Figure kpo00002
) 시간으로 구분되어 아래의 수식과 같이 나타낼 수 있다.
[수학식 1]
Figure kpo00003
[수학식 2]
Figure kpo00004
상기의 수학식 1과 2에서
Figure kpo00005
은 액정의 비틀림 점도(twist viscosity), E는 전기장의 세기, d는 액정 셀의 두께, K2는 플랑크 비틀림 탄성 상수(Frank twist elastic constant),
Figure kpo00006
는 진공에서의 유전 상수이고,
Figure kpo00007
는 액정의 유전 이방성 상수(dielectric anisotropic constant) 이다.
수학식 1과 2에서 턴 온 시간(
Figure kpo00008
)은 점도와 전기장에 의해서, 턴 오프 시간(
Figure kpo00009
)은 비틀림 탄성 상수와 점도에 의해서 좌우됨을 알 수 있다. 따라서 턴 온 시간은 인가 전압에 의해 쉽게 조절될 수 있으나, 턴 오프 시간은 액정의 물질 특성(material parameter)에 의해 결정되므로 조절이 어렵다.
일반적으로 측정되는 IPS 모드 액정 표시 장치의 응답 시간은 약 45 ms에 달한다. 특히, 턴 오프(turn off) 시간이 TN 모드의 경우보다 길다. 액정 표시 장치에서 화상 지연(image delay)이 없이 동화상(motion video picture)을 나타내기 위해서는 30 ms보다 적은 응답 시간을 필요로 한다. 그러므로 긴 응답 시간은 IPS 모드 액정 표시 장치의 성능을 저해하는 중요한 문제점이 된다.
본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명의 목적은 응답 시간을 조절하고 줄일 수 있는 IPS 모드 액정 표시 장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
도 1a 및 도 1b는 종래의 평면 구동 모드 액정 표시 장치의 동작 원리를 나타내는 액정 패널의 구조도 이고,
도 2a 내지 도 2c는 본 발명에 따른 평면 구동 모드 액정 표시 장치의 제조 방법을 나타내는 액정 패널의 구조도 이다.
상기한 IPS 모드 액정 표시 소자의 제조에서 응답 시간을 줄이고 쉽게 조절하기 위하여 본 발명에서는 액정 셀에 고분자 네트워크(polymer network)를 사용한다.
본 발명에 따른 IPS 모드 액정 표시 장치의 제조 방법은 액정에 광 반응성 모노머(photo reactive monomer)를 도핑하고, 이것을 액정 셀에 주입한다. 상기 액정 셀에 자외선을 노광하여 상기 모노머를 경화시킴으로써 고분자 네트워크를 형성하여 IPS 모드 액정 표시 장치를 만든다.
상기와 같이 고분자 네트워크가 형성됨으로써 액정과 고분자 네트워크간의 이방성 상호 작용(anisotropic interaction) 때문에 액정 셀에 인가되는 전계가 오프 되었을 경우 고분자 네트워크가 액정을 수평 배향 상태로 끌어당긴다. 따라서 고분자 네트워크는 액정 표시 장치의 턴 오프 시간을 줄이게 되어 IPS 모드 액정 표시 장치의 응답 시간이 줄어든다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 기재한다. 그러나 하기한 실시예는 본 발명의 바람직한 한 실시예일 뿐 본 발명이 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
도 2a 내지 도 2c에서 본 발명에 따른 IPS 액정 표시 소자의 제조 방법을 나타내는 액정 셀의 구조도를 나타내었다. 도 1a와 동일한 내용에 대해서는 동일한 부호로 표시하였다.
도 2a와 같이 액정(30)에 0.5 ~ 2.0 %의 중량에 해당하는 광 반응성 모노머(50)와 광 이니시에이터(photo initiator)(도시하지 않음)를 도핑(doping)한다. 이것을 두 장의 기판(10)으로 된 액정 셀(cell)에 주입한다. 전계를 인가하기 위한 전극(20)은 한 쪽 기판(10)에만 형성된다. 그러면 액정(30)이 호스트(host)가 되고 모노머(50)가 게스트(guest)가 되어 게스트-호스트 효과(guest-host effect)가 발생되어 도 2a와 같이 모노머도 평행하게 정렬된다.
이 때 도 2b와 같이 모노머(50)를 자외선(ultraviolet lays)의 노광(exposure)으로 경화시키면 도 2c와 같이 이방성(anisotropic)을 갖는 고분자 네트워크(60)가 형성된다.
이러한 고분자 네트워크(60)는 수평 배열(homogeneous alignment)을 이루고, 전계가 인가되어도 자신들의 방향을 거의 유지하지만 액정(30)들은 원래의 방향에서 벗어난다.
액정(30)과 고분자 네트워크 간(60)의 이방성 상호 작용 때문에 전계가 오프 되었을 경우 고분자 네트워크(60)가 액정(30)을 수평 배향 상태로 끌어당긴다. 따라서 액정 셀 내의 고분자 네트워크(60)는 턴 오프 시간을 줄이게 된다. 또한 고분자 네트워크(60)가 형성되면 액정의 점도도 증가하므로 턴 온 시간도 미소하게 증가한다. 그러나 이에 따른 턴 온 시간의 증가량은 턴 오프 시간의 감소량에 비해 아주 작다.
TN 디스플레이의 경우에 있어서, 액정에 대해 중량 5 %의 모노머(desolite monomer)를 zli4792 액정에 도핑하고, 온 상태의 전압을 모노머에 인가하면 13 ms 정도의 턴 온 시간과 7 ms 정도의 턴 오프 시간을 얻을 수 있다. 이것은 고분자 네트워크를 사용하지 않는 종래의 TN 디스플레이에서 턴 온 시간이 10 ms이고 턴 오프 시간이 20 ms인 것에 비하면 고분자에 의해 안정된 TN 디스플레이는 매우 빠른 턴 오프 시간을 가짐을 알 수 있다.
고분자 네트워크가 IPS 모드에서 사용된 경우에는 전체 응답시간이 30 ms 이하로 줄어든다. 상기 IPS 모드에서는 액정 재료로 정유전 이방성 또는 부유전 이방성(positive or negative dielectric anisotropy)을 갖는 물질을 모두 사용할 수 있다.
상기한 바와 같이, IPS 모드의 액정 셀에 모노머를 주입하여 고분자 네트워크를 형성함으로써 액정과 고분자 네트워크간의 이방성 상호 작용에 의하여 IPS 모드 액정 표시 장치의 응답 시간을 줄일 수 있다. 따라서 IPS 액정 표시 소자에서 실시간으로 화상 처리가 가능하다.

Claims (2)

  1. 액정에 광 반응성 모노머를 도핑하는 단계:
    상기한 도핑된 액정을 평면 구동 모드의 액정 셀에 주입하는 단계; 및
    상기 액정 셀에 자외선을 노광하여 상기 모노머를 경화시킴으로써 고분자 네트워크를 형성하는 단계를 포함하는 평면 구동 모드 액정 표시 장치의 제조 방법.
  2. 제1항에서,
    상기 모노머의 농도가 액정 중량의 0.5 ~ 2 %인 평면 구동 모드 액정 표시 장치의 제조 방법.
KR1019970014014A 1997-04-16 1997-04-16 광 반응성 모노머를 이용한 평면 구동 모드 액정 표시 장치의 제조 방법 KR100444795B1 (ko)

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