KR100545020B1 - 평면 스위칭 모드의 액정패널 및 그 제조방법 - Google Patents

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    • G02F1/134363—Electrodes characterised by their geometrical arrangement for applying an electric field parallel to the substrate, i.e. in-plane switching [IPS]

Abstract

본 발명은 시야각을 크게 함과 아울러 충분한 휘도를 얻기에 적합한 평면 스위칭 모드의 액정패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 평면 스위칭 모드의 액정패널은 제1 및 제2 기판 상에 형성되는 제1 및 제2 전극들과, 상기 제1 및 제2 전극들 상에 형성되어 메인체인과 사이드체인을 가지며 전계에 의해 배향방향을 갖는 제1 및 제2 배향막들과, 상기 제1 및 제2 기판 사이에 형성되는 액정층을 구비하며, 상기 사이드체인은 제1 및 제2 배향막의 표면들과 평행한 면에서 변하는 것을 특징으로 한다.

Description

평면 스위칭 모드의 액정패널 및 그 제조방법{In Plane Switching Mode Liquid Crystal Panel And Fabricating Method Thereof}
도 1은 종래 평면 스위칭 모드의 액정 패널의 구조를 설명하는 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 평면 스위칭 모드의 액정 패널의 구조를 설명하는 단면도.
도 3은 도 2에 도시된 액정 패널의 동작을 설명하기 위한 단면도.
도 4는 도 3에 도시된 사이드체인 및 액정 분자의 자발 분극 현상을 설명하기 위한 단면도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10,20 : 상부 기판 12,22 : 하부 기판
14A,26A : 제1 배향막 14B,26B : 제2 배향막
16A,16B : 전극패턴 18,28 : 액정층
24A : 제1 전극패턴 24B : 제2 전극패턴
30A : 메인체인 30B : 사이드체인
32A : 제1 표피층 32B : 제2 표피층
34 : 구동층
본 발명은 액정에 의해 광투과율을 조절하여 화상을 표시하는 액정 패널에 관한 것으로, 특히 액정의 배향 방향이 패널의 표면과 평행한 면 방향에서 움직이게 하는 평면 스위칭 모드의 액정 패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.
통상적으로, 액정 패널은 트위스티드 네마틱 모드(Twisted Nematic Mode; 이하 "TN 모드"라 함)와 평면 스위칭 모드(In Plane Switching Mode; 이하 "IPS 모드"라 함)의 것으로 구분되고 있다. TN 모드의 액정 패널에서는 액정 분자들이 패널과 수직한 방향을 기준으로 하여 움직이게 된다. 이를 위하여, TN 모드의 액정 패널은 서로 대향되어진 두장의 유리 기판을 넓은 투명전극들을 이용하여 패널의 표면과 수직한 방향의 전계가 액정층에 가해지게 한다. 이러한 TN 모드의 액정 패널에서는 충분한 휘도를 얻을 수 있기는 하나 시야각이 좁아지게 된다.
반면, IPS 모드의 액정 패널은 액정 분자들이 패널과 평행한 평면에서 움직이게 함으로써 시야각을 크게 할 수 있다. 이를 위하여, IPS 모드의 액정 패널은 자신과 평행한 방향으로 작용하는 횡방향 전계가 액정 분자에 인가되게 한다. 이러한 횡방향의 전계를 발생시키기 위하여, IPS 모드의 액정 패널은 화소전극과 공통전극이 동일 기판상에 존재하기 때문에 하부광원의 빛에 의한 투과율 및 개구율 이 저하되는 단점이 있다. 이로 인하여, IPS 모드의 액정 패널은 충분한 휘도를 얻기 곤란하였다.
이러한 IPS 모드의 액정 패널은 도 1에 도시되어진 바와 같이 표면에 제1 배향막(14A)이 형성되어진 상부 기판(10)과, 표면에 화소전극패턴(16A)과 공통전극패턴(16B) 및 제2 배향막(14B)이 순차적으로 형성되어진 하부 기판(12)을 구비한다. 이들 상부기판(10) 및 하부기판(12)은 제1 및 제2 배향막들(14A,14B)이 서로 대향되게끔 합착되게 된다. 제1 및 제2 배향막(14A,14B)의 사이에는 액정층(18)이 주입되게 된다. 액정층(18)을 구성하는 액정 분자들은 하부기판(12) 상의 대전용 전극패턴에 의해 형성되는 횡전계에 응답하여 하부기판(12)과 평행한 평면에서 움직임으로써 광투과율을 조절하게 된다.
상기한 바와 같이, 종래의 IPS 모드의 액정 패널에서는 화소전극패턴(16A)과 공통전극패턴(16B) 모두가 한쪽 기판 상에 형성되어야 하므로 화소의 개구율이 작아지게 된다. 이로 인하여, IPS 모드의 액정 패널을 통과하는 광량이 제한될 수밖에 없다. 이 결과, IPS 모드의 액정 패널은 충분한 휘도를 얻을 수 없었다.
따라서, 본 발명의 목적은 시야각을 크게 함과 아울러 충분한 휘도를 얻기에 적합한 평면 스위칭 모드의 액정패널 및 그 제조방법을 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 평면 스위칭 모드의 액정패널은 대향한 두 장의 기판들과, 상기 기판들 각각에 서로 대면되게끔 형성되어진 전극패턴들과, 상기 전극패턴들이 형성되어진 기판들 사이에 충진되어진 액정층과, 상기 전극패턴들과 상기 액정층 사이에 위치하게끔 상기 기판들 각각에 형성되어진 배향막들을 구비하고, 상기 배향막들은 상기 전극패턴들 사이에 인가되는 전계에 의하여 상기 액정물질의 배향방향을 상기 기판들의 표면들과 평행한 면에서 변경되게 하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 평면 스위칭 모드의 액정패널은 제1 및 제2 기판 상에 형성되는 제1 및 제2 전극들과, 상기 제1 및 제2 전극들 상에 형성되어 메인체인과 사이드체인을 가지며 전계에 의해 배향방향을 갖는 제1 및 제2 배향막들과, 상기 제1 및 제2 기판 사이에 형성되는 액정층을 구비하며, 상기 사이드체인은 제1 및 제2 배향막의 표면들과 평행한 면에서 변하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시 예에 따른 횡전계방식의 액정패널의 제조방법은 제1 및 제2 기판 상에 제1 및 제2 전극들을 형성하는 단계와, 제1 및 제2 전극 상에 형성되며 메인체인과 사이드체인을 가지며 전계에 의하여 배향방향이 결정되는 제1 및 제2 배향막을 형성하는 단계와, 상기 제1 및 제2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 사이드체인은 제1 및 제2 배향막의 표면들과 평행한 면에서 변하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부한 도 2 내지 도 4를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 IPS 모드의 액정 패널의 구조를 도시하는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 IPS 모드의 액정 패널은 서로 대면되게 배열되어진 상부기판(20) 및 하부기판(22)를 구비한다. 상부기판(20)의 하면에는 제1 전극패턴(24A) 및 제1 배향막(26A)이 순차적으로 형성되게 된다. 하부기판(22)의 표면에도 제2 전극패턴(24B) 및 제2 배향막(26B)가 순차적으로 형성되게 된다. 제1 전극패턴(24A)은 TN 모드의 액정 패널에서와 동일하게 모든 화소들을 덮을 수 있는 하나의 전극판 형태로 형성된다. 제2 전극패턴(24B) 또한 모든 화소들을 덮을 수 있는 하나의 전극판 형태로 형성된다. 제1 및 제2 배향막(26A,26B)의 사이에는 액정 물질(28)이 주입되게 된다.
제1 및 제2 배향막(26A,26B)은 제1 및 제2 전극패턴(24A,24B)의 사이에 인가되는 전계(즉, 패널의 표면과 수직한 방향의 전기장)에 의하여 분자들이 재배열되는 물질로 형성되게 된다. 또한, 제1 및 제2 배향막(26A,26B)은 제1 및 제2 전극패턴(24A,24B) 사이에 인가되는 전압의 대부분이 감당할 수 있게끔 높은 유전율을 가지는 물질로 선택되어야 한다. 실질적으로, 제1 및 제2 배향막(26A,26B)으로는 기존의 폴리이미드(Polyimide) 보다 유전율이 10배 내지 1000배 정도 큰 고유전율의 물질이 사용되게 된다. 이러한 제1 및 제2 배향막(26A,26B)을 구성하는 배향 물질 분자들은 제1 및 제2 전극패턴(24A,24B) 사이에 전압이 인가되는 전기장에 의하여 배향막(26A,26B)의 계면부들(즉, 액정층(28)과 인접하는 제1 및 제2 배향막(26A,26B)의 표면층 부분)이 도 3에 도시된 바와 같은 메인체인(Main Chain; 30A) 및 사이드체인(Side Chain; 30B)을 형성하게끔 재배열되게 된다.
도 3에 있어서, 사이드체인(30B)은 메인체인(30A)으로부터 옆으로 신장되어진 곁가지의 형태를 이루게 된다. 또한, 사이드체인(30B)은 제1 및 제2 전극패턴(24A,24B) 사이에 인가되는 전기장에 따라 배향막(26A,26B)의 표면과 평행한 평면방향에서 변하는 구조를 가진다. 다시 말하여, 사이드체인(30B)은 제1 및 제2 전극패턴(24A,24B) 사이에 인가되는 전기장의 세기에 따라 배향막(26A,26B)의 표면과 평행한 평면 방향에서 움직이게 된다.
한편, 액정 물질은 제1 및 제2 전극패턴(24A,24B) 사이에 인가되는 전기장의 영향을 받지 않아야 한다. 다시 말하여, 액정층(28)은 액정 분자들이 제1 및 제2 전극패턴(24A,24B) 사이에 전기장이 인가된 때에 제1 배향막(26A)의 기계적인 동력, 즉 제1 배향막(26A)의 계면에서 나타나는 사이드체인(30B)의 움직임에 의하여 제1 배향막(26A)의 표면과 평행한 평면에서 움직이기 위하여, 제1 및 제2 전극패턴(24A,24B) 사이에 인가되는 전기장의 영향을 받지 않도록 작은 유전이방성을 가져야 한다. 이렇게 낮은 유전 이방성을 가지는 액정 물질(28)로는 포지티브 타입(Positive Type) 및 네가티브 타입(Negative Type)의 네마틱 액정 물질이 사용될 수 있으나, 이들 중 네가티브 타입의 네마틱 액정물질이 바람직하다. 이러한 액정 분자들은 그들의 위치에 따라 양 배향막(26A,26B) 사이에 충진되어진 액정 물질(28)이 도 3에서와 같이 제1 및 제2 표피층들(32A,32B)과 구동층(34)으로 구분되게 한다.
도 3을 참조하면, 제1 표피층(32A)은 제1 배향막(24A)에 인접한 액정물질 층(28)의 상부 표피 부분에 형성되고, 제2 표피층(32B)은 제2 배향막(24B)과 인접한 액정물질 층(28)의 하부 표피 부분에 의해 형성되게 된다. 제1 표피층(32A)에 포함되어진 액정 분자들은 제1 및 제2 전극패턴(24A,24B) 사이에 전기장이 인가된 때에 제1 배향막(26A)의 기계적인 동력, 즉 제1 배향막(26A)의 계면에서 나타나는 사이드체인(30B)의 움직임에 의하여 제1 배향막(26A)의 표면과 평행한 평면에서 움직이게 된다. 비슷하게, 제2 표피층(32B)에 포함되어진 액정 분자들도 제1 및 제2 전극패턴(24A, 24B) 사이에 전기장이 인가된 때에 제2 배향막(26B)의 기계적인 동력, 즉 제2 배향막(26B)의 계면에서 나타나는 사이드체인(30B)의 움직임에 의하여 제1 배향막(26A)의 표면과 평행한 평면방향에서 움직이게 된다.
구동층(34)은 제1 및 제2 표피층(32A,32B), 즉 상부 및 하부의 표피 부분들을 제외한 나머지 액정층(28)에 의해 형성되게 된다. 이 구동층(34)에 포함되어진 액정 분자들은 인접하는 제1 또는 제2 표피층(32A,32B)의 액정 분자들의 기계적인 동력(즉, 움직임)에 의하여 배향막(26A,26B)의 표면과 평행한 평면방향에서 움직이게 된다.
결과적으로, 제1 및 제2 배향막(26A,26B)은 제1 및 제2 전극패턴(24A,24B) 사이에 인가되는 전기장에 응답하여 계면 상에서 나타나는 사이드체인(30B)의 구조를 변경시킴으로써, 제1 및 제2 표피층(32A,32B)과 구동층(34)에 포함되어진 액정 분자들이 순차적으로 기판(20,22)의 표면들과 평행한 평면방향에서 움직이게 한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 평면 스위칭 모드의 액정패널 및 그 제조방법은 자신의 표면과 수직한 방향의 전기장에 의해 배향막이 패널의 표면과 평행한 평면방향에서 변하는 기계적인 동력을 발생하게 함으로써 액정 분자들의 배향 방향을 패널의 표면과 평행한 평면방향에서 움직이게 할 수 있다. 액정물질에 횡전기장을 가하기 위한 상부 및 하부기판에 화소전극 및 공통전극의 패턴들이 평면 스위칭 모드를 구현할 수 있으므로 본 발명에 따른 평면 스위칭 모드의 액정 패널은 개구율을 크게 향상시킬 수 있게 된다. 이 결과, 본 발명에 따른 평면 스위칭 모드의 액정 패널은 시야각을 크게 할 수 있음은 물론 충분한 휘도를 얻을 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (9)

  1. 서로 대면되는 제1 및 제2 기판과,
    상기 제1 기판에 형성되는 제1 전극패턴 및 상기 제2 기판에 형성되는 제2 전극패턴과,
    상기 제1 전극패턴이 형성된 상기 제1 기판과 상기 제2 전극패턴이 형성된 상기 제2 기판 사이에 충진되는 액정층과,
    상기 제1 전극패턴과 상기 액정층 사이에 위치하는 제1 배향막 및 상기 제2 전극패턴과 상기 액정층 사이에 위치하는 제2 배향막을 구비하며,
    상기 제1 및 제2 배향막은 상기 제1 및 제2 전극패턴들 사이에 인가되는 전계에 의하여 상기 액정층의 배향방향을 상기 제1 및 제2 기판의 표면들과 평행한 면에서 변경하는 것을 특징으로 하는 평면 스위칭 모드의 액정패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 배향막은 상기 제1 및 제2 전극패턴 사이에 인가되는 전계에 의하여 자신들의 계면에 메인체인과 상기 전계의 세기에 따라 변하는 구조를 가지는 사이드체인이 나타나게 하는 것을 특징으로 하는 평면 스위칭 모드의 액정패널.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층은 네거티브 타입의 액정층인 것을 특징으로 하는 평면 스위칭 모드의 액정패널.
  4. 제1 및 제2 기판 상에 형성되는 제1 및 제2 전극들과,
    상기 제1 및 제2 전극들 상에 형성되어 메인체인과 사이드체인을 가지며 전계에 의해 배향방향을 갖는 제1 및 제2 배향막들과,
    상기 제1 및 제2 기판 사이에 형성되는 액정층을 구비하며,
    상기 사이드체인은 제1 및 제2 배향막의 표면들과 평행한 면에서 변하는 것을 특징으로 하는 평면 스위칭 모드의 액정패널.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 액정층은 네거티브 유전이방성 상수를 갖는 것을 특징으로 하는 평면 스위칭 모드의 액정패널.
  6. 제 4 항에 있어서,
    상기 액정층은 상기 사이드체인의 움직임에 의해 상기 제1 및 제2 기판의 표면과 평행한 평면 방향에서 움직이는 것을 특징으로 하는 평면 스위칭 모드의 액정패널.
  7. 제1 및 제2 기판 상에 제1 및 제2 전극들을 형성하는 단계와,
    제1 및 제2 전극 상에 형성되며 메인체인과 사이드체인을 가지며 전계에 의하여 배향방향이 결정되는 제1 및 제2 배향막을 형성하는 단계와,
    상기 제1 및 제2 기판 사이에 액정층을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 사이드체인은 제1 및 제2 배향막의 표면들과 평행한 면에서 변하는 것을 특징으로 하는 평면 스위칭 모드의 액정패널의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 액정층은 네거티브 유전이방성 상수를 갖는 것을 특징으로 하는 평면 스위칭 모드의 액정패널의 제조방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 액정층은 상기 사이드체인의 움직임에 의해 상기 제1 및 제2 기판의 표면과 평행한 평면 방향에서 움직이는 것을 특징으로 하는 평면 스위칭 모드의 액정패널의 제조방법.
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