KR100477123B1 - 고분자분산형액정표시장치 - Google Patents

Abstract

고분자 분산형 액정 표시 장치에서 고분자 물질과 액정 물질의 혼합물에 이 색성 색소를 0.01 - 20 wt％ 첨가한다. 이렇게 하면 액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않은 상태에서 임의의 방향으로 배열된 색소 분자가 입사광의 대부분을 흡수하게 되어 전압이 인가되지 않은 상태의 휘도를 크게 낮출 수 있어 대비비를 높일 수 있다. 또한, 이러한 고분자 분산형 액정 표시 장치에 컬러 필터를 추가하면 컬러 표시가 가능하고, 전압이 인가되지 않는 화소와 화소의 경계면에서는 여전히 액정 분자와 색소 분자가 임의의 방향으로 배열되므로 입사광의 대부분을 차단하게 되어 누설광 차단을 위한 블랙 매트릭스가 필요하지 않다.

Description

고분자 분산형 액정 표시 장치

이 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 고분자 분산형 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로 액정 표시 장치는 경박 단소, 저소비 전력 등과 같은 장점을 갖고 있으나, 제한된 시야각, 복잡한 제조 공정 등과 같은 단점 역시 가지고 있다.

이러한 단점을 극복하기 위하여 고분자 분산형 액정(PDLC ; polymer dispersed liquid crystal) 표시 장치가 개발되었다. PDLC는 일반적인 액정 표시 장치의 장점 외에도 다른 비틀린 네마틱 액정 등에 비해 많은 장점을 갖고 있다. 우선 PLCD는 CRT(cathode ray tube)와 같은 정도의 전방향 시야각이 보장되고, 배향막의 인쇄나 러빙 등의 공정을 필요로 하지 않아 제조 공정이 비교적 단순하다. 또한, PDLC의 경우 셀 간격은 다른 액정 표시 장치들과는 달리 중요하지 않기 때문에 대화면 표시 장치를 쉽게 제작할 수 있고, 유연성도 좋다. 특히, PLCD는 편광판을 필요로 하지 않기 때문에 상대적으로 밝은 장치를 만들어낼 수 있으며, 이에 따라 후면광의 소비 전력을 낮출 수 있다. 통상의 편광판에서는 투과율이 45％ 정도이고, 보통 두 장의 편광판을 사용하므로 편광판을 통한 투과율은 30 - 40％를 넘기 어렵다. 따라서 PDLC의 경우 동일 광원을 사용할 경우, 일반적인 박막 트랜지스터 액정 표시 장치에 비하여 2 - 3배 밝은 표시 화면을 구현할 수 있다.

그러나, 커다란 단점은 대비비가 떨어진다는 점이다. 일반적인 액정 표시 장치에서는 대비비를 100 : 1 정도로 유지할 수 있으며, 또한 상품화를 위해서는 최소한 이 정도의 대비비를 요구한다.

종래의 PDLC 방식의 액정 셀에 전압이 인가되지 않은 상태와 전압이 인가된 상태에서의 액정 셀의 구조가 각각 도 1과 도 2에 나타나 있다. 일반적으로 사용되는 비틀린 네마틱 액정과 달리 PLCD의 경우 액정 물질은 고체 고분자 매트릭스(solid polymer matrix)에 파묻힌 방울 안에 갇혀 있다.

전압이 인가되지 않은 상태(off-state)에서는 폴리머 액정 방울(3) 내의 액정 분자(1)들은 임의의 방향으로 배열되어 있으므로, 방울(3)의 굴절률과 고분자 매질(2)의 굴절률 사이의 차이에 의해 빛이 산란된다(도 1). 반대로 전압이 인가된 상태(on-state)에서는 방울(3) 속의 액정 분자(1)들은 전기장에 의해 정렬되고 이렇게 되면 입사한 빛을 투과시킨다(도 2). 빛을 산란시키는 경우는 우유빛처럼 흰색으로 나타나고, 빛이 투과되는 경우는 입사광이 그대로 나타난다. 따라서 이 경우의 대비비는 20 - 80 : 1 정도에 그치게 되어 표시 품질이 떨어지게 된다. 이처럼 낮은 대비비는 계조 표시 자체를 어렵게 할 뿐 아니라, 이에 따라 컬러 표시가 어렵게 되어 상품화하는 데에 상당한 어려움이 있다.

본 발명은 고분자 분산형 액정을 이용하여 대비비가 높고, 컬러 표시가 가능한 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하고자 한다.

위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 색소가 첨가된 고분자 분산형 액정을 사용하여 액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않은 상태에서의 휘도를 낮추도록 한다.

액정 표시 장치에서 대비비 CR은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

CR = (luminance)on/(luminance)off

즉, 노멀리 블랙 모드(normally black mode)에서 대비비(contrast ratio) CR은 액정 표시 장치에 전압이 인가된 상태(on-state)의 휘도 (luminance)on을 전압이 인가되지 않은 상태(off-state)의 휘도 (luminance)off로 나눈 값이다.

PDLC의 경우 전압이 인가된 상태에서는 입사광을 95％ 이상 투과시키므로 (luminance)on은 매우 높다. 다만, 앞서 살펴본 바와 같이 전압이 인가되지 않은 상태에서는 빛을 산란시키게 되어 불투명한 흰색을 나타내므로 (luminance)off가 상대적으로 높은 것이 문제가 된다. 따라서 (luminance)off를 줄일 수 있다면 대비비는 매우 개선될 수 있다. 본 발명에서는 액정 주입시 고분자 물질과 액정 물질 외에 색소를 0.01 - 20 wt％ 섞어 줌으로써 전압이 인가되지 않는 부위의 (luminance)off를 현저히 낮출 수 있다. 도 3에 여기서 사용할 수 있는 색소의 구조 및 대응하는 호스트 액정 물질이 나타나 있다.

이제 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 대하여 상세히 설명하기로 한다.

본 발명의 첫번째 실시예에 따른 액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않은 상태와 전압이 인가된 상태가 도 4와 도 5에 나타나 있다.

본 발명의 첫번째 실시예에 따른 액정 표시 장치는 마주 보고 있는 한 쌍의 투명 기판(4)과 투명 기판 사이에 주입되어 있는 고분자 분산형 액정 혼합물을 포함한다. 도 4에 나타난 바와 같이 전압이 인가되지 않은 상태에서 액정 분자(1)는 임의의 방향으로 배열되어 있으며 첨가된 색소 분자(5, 7) 역시 임의의 방향으로 배열되어 있다. 이 경우 입사된 빛은 액정 고분자 방울(3)에 의해 일부 산란되지만, 액정 고분자 방울(3) 내부와 액정 고분자 방울(3) 외부의 고분자 매질(6)에 존재하는 색소 분자(5, 7)에 의해 대부분 흡수되어 액정 표시 장치는 색소 분자(5, 7)와 같은 색을 나타내게 된다. 본 발명의 실시예에서는 대비비를 최대한 높이기 위해 흑색 색소를 사용하였는데 이 때의 빛의 차단율은 98％에 이르러 매우 좋은 검은 상태(black state)를 얻을 수 있다.

도 5에 나타난 바와 같이, 전압이 인가되면 고분자 액정 방울(3) 내의 액정 분자(1)들은 모두 전계에 의해 일정한 방향으로 배열되게 되고, 이에 따라 색소 분자(5) 역시 액정 분자와 같은 방향으로 배열된다. 다만, 이 때 고분자 매질(6) 내의 색소 분자(7)의 배열은 변하지 않는다. 이 경우 입사광의 흡수가 최소로 되고, 입사광의 투과율은 80 - 90％ 정도로 된다.

이와 같이 색소를 첨가한 액정 물질을 이용하여 전압이 인가되지 않은 상태에서 검은 상태를 나타내도록 함으로써 대비비를 크게 향상시킬 수 있다.

도 6 및 도 7에는 PDLC를 이용하여 컬러 표시가 가능하도록 한 본 발명의 두번째 실시예가 나타나 있다.

본 발명의 두번째 실시예에서는 첫번째 실시예에서와 같이 색소가 첨가된 PDLC를 이용하되, 종래의 액정 표시 장치에 사용되는 것과 유사한 컬러 필터를 이용함으로써 컬러 표시가 가능한 액정 표시 장치를 제공한다.

도 6은 본 발명의 두번째 실시예에 따른 액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않은 상태를 나타낸 것이다. 본 발명의 두번째 실시예에 따른 액정 표시 장치는 마주 보고 있는 한 쌍의 투명 기판(4)과 투명 기판 중 한쪽에 부착된 컬러 필터(8) 및 그 사이에 주입되어 있는 고분자 분산형 액정 혼합물을 포함한다. 액정 고분자 방울(3) 내의 액정 분자(1)와 색소 분자(5)가 임의의 방향으로 배열되어 있고, 고분자 매질(6) 내의 색소 분자(7) 역시 임의의 방향으로 배열되어 있으므로 이 상태에서는 빛을 투과시키지 않고 검은 상태를 나타냄은 첫번째 실시예의 경우와 동일하다.

도 7은 본 발명의 두번째 실시예에 따른 액정 표시 장치에 전압이 인가된 상태를 나타내고 있다. 전압이 인가되면, 고분자 액정 방울(3) 내의 액정 분자(1)들과 색소 분자(5)는 일정한 방향으로 배열되며 이 때 입사된 빛의 대부분을 투과시키게 된다. 따라서, 3색의 컬러 필터를 통과한 빛을 적절히 조합하여 컬러 표시를 할 수 있다.

그러나, 도 7에 나타난 바와 같이 화소와 화소 사이의 영역(8)에는 전압이 인가되지 않으므로 이 영역에서 액정 고분자 방울(10) 내의 액정 분자는 임의의 방향으로 배열되어 있고, 또한 색소 분자도 임의의 방향으로 배열되므로 화소와 화소 사이의 영역에서는 빛을 차단하게 된다. 이 때 액정 분자 내에 포함된 색소의 영향으로 빛의 차단 효과가 매우 높아지므로 이 부분으로는 빛이 거의 새지 않는다. 따라서 누설광을 차단하기 위한 블랙 매트릭스가 필요하지 않게 된다.

본 발명에서는 PDLC에 색소를 첨가하여 액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않은 상태에서의 휘도를 낮춤으로써 높은 대비비를 얻을 수 있고, 컬러 표시가 가능하다.

도 1은 종래 기술에 따른 고분자 분산형 액정(PDLC ; polymer dispersed liquid crystal) 표시 장치에 전압이 인가되지 않은 상태(off-state)를 나타낸 단면도이고,

도 2는 종래 기술에 따른 PDLC 장치에 전압이 인가된 상태(on-state)를 나타낸 단면도이고,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 첨가하는 색소의 구조 및 대응하는 호스트 액정을 나타낸 것이고,

도 4는 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않은 상태를 나타낸 단면도이고,

도 5는 본 발명의 첫번째 실시예에 따른 액정 표시 장치에 전압이 인가된 상태를 나타낸 단면도이고,

도 6은 본 발명의 두번째 실시예에 따른 컬러형 액정 표시 장치에 전압이 인가되지 않은 상태를 나타낸 단면도이고,

도 7은 본 발명의 두번째 실시예에 따른 컬러형 액정 표시 장치에 전압이 인가된 상태를 나타낸 단면도이다.

Claims (2)

1. 마주 보고 있는 한 쌍의 투명 기판,

   상기 투명 기판 사이에 주입되어 있는 고분자 분산형 액정 혼합물을 포함하고,

   상기 고분자 분산형 액정 혼합물에는 이색성 색소가 10wt％ 초과 20wt％ 이하로 첨가되어 있어서 누설광을 차단하기 위한 블랙 매트릭스가 형성되어 있지 않은 액정 표시 장치.
2. 제1항에서,

   상기 투명 기판 중 한쪽 면에 형성되어 있는 컬러 필터를 더 포함하는 액정 표시 장치.

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