KR100653472B1 - 고분자 분산 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고분자 분산 액정표시장치에 대해 개시한 것으로서, 소정 간격으로 대향 배치된 상,하부기판; 기판들 사이에 배치되며, 액정분자들이 서로 다른 제1, 제 2및 제 3크기(제 1크기<제 2크기<제 3크기)의 액정 구적에 둘러싸여 고분자 물질 내에 분산되어 이루어지면서 상기 액정 구적 내의 액정분자들이 수평 배향된 1차 고분자 분산 액정 필름; 하부기판과 상기 1차 고분자 분산액정필름 사이에 배치된 반사 전극; 제 1고분자 분산 액정필름과 상기 상부기판 사이에 배치되고, 액정분자들이 제 3크기의 액정 구적에 둘러싸여 고분자 물질 내에 분산되며 픽셀의 센터부인 반사영역이 개구된 2차 고분자 분산 액정 필름;및 2차 고분자 분산 액정필름에 의해 개구된 영역에 배치된 액정을 포함한다.
따라서, 본 발명에서는 고분자 분산 액정 필름을 2층 구조로 형성하면서, 각기 크기가 다른 제 1 내지 제 3액정 구적내 액정분자들을 수평 배향시킴으로써 전압 무인가시에 고분자 분산 액정 필름을 투과하는 빛의 차단을 이룰 수 있다. 따라서, 다크 상태에서의 화면품위를 향상시킬 수 있다.

Description

고분자 분산 액정표시장치{POLYMER DISPERSED LIQUID CRYSTAL DISPLAY}
도 1은 종래 기술에 따른 고분자 분산 액정표시장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치를 설명하기 위한 평면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고분자 분산 액정표시장치를 설명하기 위한 평면도.
도 4a 내지 도 4i는 도 2의 A-B선을 따라 절단한 공정단면도.
도 5는 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치에서, 하프-톤 마스크를 이용하여 구적들을 동시에 형성하는 것을 보인 도면.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 구동 방법을 설명하기 위한 단면도.
본 발명은 고분자 분산 액정표시장치(Polymer Dispersed LCD)에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 다크 상태에서의 화면품위를 확보할 수 있는 고분자 분산 액정표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 빛이 사용자에게 인식되는 형태에 따라 투과형과 반사형 액정표시장치로 나눌 수 있다.
투과형 액정표시장치는 배면에 광을 조사할 수 있는 백라이트를 채용한 형태로서, 백라이트에서 조사되어 나온 빛이 액정을 통과하여 사용자에게 인식되는 형태이고, 이에 반해 반사형 액정표시장치는 액정표시장치의 액정층 밑에 반사층을 설치하여 입사된 자연광이 반사되어 나오는 것으로 화면을 인식하도록 한 것이다.
투과형 액정표시장치는 항상 백라이트를 채용해야 하고 또한 백라이트의 두께가 가미되어 액정표시장치를 얇게 가져갈 수 없는 단점이 있으며, 반사형 액정표시장치는 백라이트를 채용하지 않으나 자연광만을 이용하므로 휘도가 약하고 야간사용에 제약이 따르는 단점이 있다.
따라서, 상기 단점들을 해소하기 위해 근래에는 반투과형 액정표시장치가 제안되었다.
상기 반투과형 액정표시장치는 액정표시장치의 하부에 편광판을 채용하는 대신 고굴절층과 저굴절층을 교대로 적층한 반투과판을 설치함으로써, 각 픽셀 내에 투과모드와 반사모드에 동시에 사용할 수 있다.
그러나, 상기 반투과형 액정표시장치에서는 각 픽셀 내에 투과모드와 반사모드를 공존시킴에 따라, 서로 상이한 셀 설계 방식을 갖게 되며, 또한, 셀 갭의 상이성에 따른 상이한 레진 프로파일을 형성하기 어렵고, 그에 따라 화면 품위 상의 문제점이 발생되었다.
따라서, 이러한 문제점에 대해 공정 편리성 및 특성을 개선할 수 있는 새로 운 방안으로서, 고분자 분산 액정표시장치가 개발되었다.
종래 기술에 따른 고분자 분산 액정표시장치는 한 쌍의 투명한 기판 사이에 액정분자들로만 구성된 통상의 액정 필름 대신에 고분자 물질 속에 네마틱(Nematic) 액정분자들이 마이크론 크기의 액정 구적(LC droplet)에 둘려싸여 분산된 형태를 취하는 고분자 분산 액정 필름이 개재된다.
이와 같은 고분자 분자 액정표시장치는 편광판이 필요치 않으면서 유연성을 지니고 있는 바, 제조가 용이하고 휘도 특성이 우수하여 대형 표시장치 및 조광창 프로젝션 TV에 이용 가능하다.
도 1은 종래 기술에 따른 고분자 분산 액정표시장치를 도시한 도면이다.
종래 기술에 따른 고분자 분산 액정표시장치는, 도 1에 도시된 바와 같이, 하부기판(1)과 상부기판(2)은 소정거리를 두고 이격 배치되어 있으며, 상기 양기판 사이에는 고분자분산 액정필름(10)이 개재된다. 상기 고분자 분산 액정필름(10)은 네마틱 액정분자들(4)이 마이크론 크기의 액정 구적(6)에 둘려싸여 고분자 물질에 분사되어 이루어진다.
그리고, 광원인 백라이트(12)가 하부기판(1)의 아래에 배치되어 있으며, 상기 백라이트(12) 하부에는 반사판(14)이 배치되어 있다.
상기 구성을 가진 종래 기술에 따른 고분자 분산 액정표시장치의 동작은 하기와 같다.
전계가 형성되기 전, 도면 좌측과 같이 액정 구적(6) 내의 액정분자들(4)은 배향막의 부재로 인해 랜덤(random)하게 배열되며, 빛은 고분자 분산 액정 필름(10)을 통과하면서 산란되고, 이에 따라, 다크(dark)의 화면을 구현한다.
전계가 형성되면, 도면 우측과 같이 액정 구적(6) 내의 액정분자들(4)은 그들의 장축이 전계(E)와 평행하도록 배열되며, 빛은 고분자 분산 액정 필름(10)을 그대로 통과하게 되고, 이에 따라, 화이트(white)의 화면을 구현한다.
그러나, 종래의 고분자 분산 액정표시장치에서는 전계가 형성되기 전 상태에서는 액정 구적 내에 존재하는 액정분자들을 제어할 수 있는 인자(factor)가 없으므로, 액정의 다크 상태는 액정 구적 내의 액정분자들의 무질서도 및 액정과 고분자의 반사율 차에 의존하며, 이에 따라, 표시장치로서의 다크 화면 특성을 확보하기가 어려운 문제점이 있었다.
이에 본 발명은 상기 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 다크 상태에서의 화면품위를 확보할 수 있는 고분자 분산 액정표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 고분자 분산 액정표시장치는 소정 간격으로 대향 배치된 상,하부기판; 양기판들 사이에 배치되며, 액정분자들이 서로 다른 제1, 제 2및 제 3크기(제 1크기<제 2크기<제 3크기)의 액정 구적에 둘러싸여 고분자 물질 내에 분산되어 이루어지면서 상기 액정 구적 내의 액정분자들이 수평 배향된 1차 고분자 분산 액정 필름; 하부기판과 상기 1차 고분자 분산액정필름 사이에 배치된 반사 전극; 제 1고분자 분산 액정필름과 상기 상부기판 사이에 배치되고, 액정분자들이 제 3크기의 액정 구적에 둘러싸여 고분자 물질 내에 분산되며, 픽셀의 센터부인 반사영역이 개구된 대응된 부분이 개구된 2차 고분자 분산 액정 필름;및 2차 고분자 분산 액정필름에 의해 개구된 영역에 배치된 액정을 포함한 것을 특징으로 한다.
상기 1차 고분자 분산 액정 필름은 제 2크기의 액정 구적들의 그룹들 사이의 반사영역에 상기 제 1, 2 및 제 3크기를 가지면서 액정분자들을 둘러싼 액정 구적들이 분산된다.
상기 제 1 및 제 2고분자 분산 액정필름은 5∼10㎛두께를 가진다.
상기 상부기판의 바깥면에 편광판이 추가된다.
상기 반사전극은 픽셀의 주변부인 투과영역에 다수의 슬릿을 가진 전극 패턴이 형성되고, 픽셀의 센터부인 반사영역에 엠보싱 패턴이 형성된다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치를 설명하기 위한 평면도이다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 구동 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치는, 도 2 및 도 6에 도시된 바와 같이, 소정 간격으로 대향 배치된 상,하부기판(120)(100)과, 상,하부 기판(120)(100)들 사이에 배치되며 액정분자들이 서로 다른 제 1, 제 2 및 제 3크기(제 1크기<제 2크기<제 3크기)의 액정 구적(108a)(108b)(108c)에 둘러싸여 고분자 물질 내에 분산되어 이루어지면서 액정 구적(108a)(108b)(108c)들 내의 액정분자들이 수평 배향된 1차 고분자 분산 액정 필름(108)과, 하부기판(100)과 1차 고분자 분산 액정필름(108) 사이에 배치되며, 픽셀의 주변부인 투과영역(T)에 다수의 슬릿을 가진 전극 패턴(106b) 및 픽셀의 센터부인 반사영역(R)에 엠보싱 패턴(106a, 도 4참조)을 가진 반사전극(106)과, 제 1고분자 분산 액정필름(108)과 상부기판(120) 사이에 배치되고 액정분자들이 제 3크기를 갖는 액정 구적(108c)와 동일한 크기를 갖는 액정 구적(110a)에 둘러싸여 고분자 물질 내에 분산되며 픽셀의 센터부인 반사영역(R)이 개구된 2차 고분자 분산 액정 필름(110)과, 2차 고분자 분산 액정필름(110)에 의해 개구된 영역에 주입된 액정(130)을 포함하여 구성된다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 고분자 분산 액정표시장치를 설명하기 위한 평면도이다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 고분자 분산 액정표시장치는, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예와 동일한 구조를 가지되, 반사 전극(206)이 투과영역(T)에 슬릿 형상을 가진 전극 패턴 구조없이 반사영역(206)에만 엠보싱 패턴(106a)이 구비된다.
도 4a 내지 도 4i는 도 2의 A-B선을 따라 절단한 것을 보인 것으로서, 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 분산 액정표시장치의 제조 방법을 설명하기 위한 공정단면도이다.
상기 구성을 가진 고분자 분산 액정표시장치를 제조하는 방법을 알아보면 하기와 같다.
본 발명에 따른 고분자 분산 액정표시장치의 제조 방법은, 도 4a에 도시된 바와 같이, 먼저, 하부기판(100)에 형성된 투과영역(T)에 투명전극(102)을 형성한다. 이때, 상기 투명전극(102)은 ITO(Indium Tin Oxide)막 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)막을 이용한다.
이어, 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 투명전극(102)을 포함한 기판 위에 레진막(104)을 코팅하고 나서, 마스크(미도시) 등을 이용하여 투명전극(102)의 주변에 형성된 반사영역(R)에는 돌기 패턴(104a)을 형성하고 투명전극(102)의 일부분을 노출시키는 개구부(105)를 형성한다.
그런 다음, 도 4c에 도시된 바와 같이, 상기 구조의 레진막(104) 위에 알루미늄막(미도시)을 증착한 다음, 상기 알루미늄막을 선택 식각하여 투과영역(T)에는 전극 패턴(106b)을, 반사영역(R)에는 돌기 패턴(104a)을 덮는 엠보싱 패턴(106a)을 가진 반사 전극(106)을 형성한다.
이 후, 도 4d에 도시된 바와 같이, 상기 구조의 하부전극층 전면에 1차 고분자 분산 액정필름(108)을 5∼10㎛두께로 도포한다. 이때, 상기 1차 고분자 분산 액정필름(108)은 액정분자들이 마이크론 크기의 액정 구적에 둘러싸여 분산되어 있다.
이어, 도 4e에 도시된 바와 같이, 투과영역(T)을 오픈시키고 반사영역을 국부적으로 덮는 제 1마스크(140)를 이용하여 상기 1차 고분자 분산 액정필름(108)에 1차로 자외선을 조사한다. 이때, 상기 1차 고분자 분산 액정필름에서 1차 자외선 조사가 실시된 부분의 액정 구적들은 그 크기가 커져 제 2크기를 가진 제 1액정 구적(108a)을 이루며, 상기 제1액정 구적(108a) 내의 액정분자들은 수평방향으로 배향된다.
그런 다음, 제1마스크를 제거한 다음, 도 4f에 도시된 바와 같이, 제 1마스크에 의해 덮여진 반사영역 중 자외선에 노출되지 않은 일부를 개구시키는 제 2마스크(142)를 이용하여 상기 제 1액정 구적(108a)을 포함한 1차 고분자 분산 액정필름에 2차 자외선을 조사한다. 이때, 고분자 분산 액정필름에서 2차 자외선 조사가 실시된 부분의 액정 구적들은 그 크기가 커져 제 1크기(제 2크기>제 1크기)를 가진 제 2액정 구적(108b)을 이루며, 상기 제 2액정 구적(108b)도 마찬가지로 수평 배향된다.
이 후, 제 2마스크를 제거한 다음, 도 4g에 도시된 바와 같이, 제 1및 제 2마스크에 의해 덮여지지 않은 반사영역을 개구시키는 제 3마스크(144)를 이용하여 상기 제 1및 제 2액정 구적(108a)(108b)을 포함한 고분자 분산 액정필름에 3차 자외선을 조사한다. 이때, 상기 1차 고분자 물질층에서 3차 자외선 조사가 실시된 부분의 액정 구적들은 그 크기가 커져 제 3크기(제 3크기>제 2크기)를 가진 제 3액정 구적(108c)을 이루며, 상기 제 3액정 구적(108c)도 마찬가지로 수평 배향된다.
한편, 상기 제 1, 제2 및 제 3액정 구적(108a)(108b)(108c)은 자외선 조사량에 따라 그 크기가 결정된다.
도 5는 본 발명에 따른 반투과형 액정표시장치에서, 하프-톤 마스크를 이용하여 구적들을 동시에 형성하는 것을 보인 도면이다.
한편, 상기 제 1, 제2, 제 3마스크를 사용하는 대신, 도 5에 도시된 바와 같이, 하프톤 마스크(150)을 이용하여 1차 고분자 분산 액정필름에 동시에 제 1, 제 2 및 제 3구적(108a)(108b)(108c)을 형성할 수도 있다.
이어, 제 3마스크를 제거한 다음, 도 4h에 도시된 바와 같이, 상기 결과의 1차 고분자 분산 액정필름 위에 투과영역(T)은 덮고 반사영역(R)을 노출시키는 2차 고분자 물질층(110)을 5∼10㎛두께로 도포한다. 그런 다음, 반사영역(R)은 덮고 투과영역(T)을 개구시키는 제 4마스크(146)를 이용하여 2차 고분자 분산 액정필름(110)에 4차 자외선을 조사한다.
상기 4차 자외선 조사 결과, 2차 고분자 분산 액정필름(110)의 액정 구적들은 그 크기가 커져 1차 고분자 분산 액정필름(108)의 제 3크기를 가진 액정 구적(108c)와 동일한 크기를 갖는 제 4액정 구적(110a)을 형성한다.
그런 다음, 제 4마스크를 제거한 다음, 도 4i에 도시된 바와 같이, 상기 구조의 1차 및 2차 고분자 분산 액정필름(108)(110)을 포함한 하부 기판(100)에 상부 기판(120)을 합착시킨다. 이 후, 상기 양기판들 사이에 반사형 네마틱 액정(130)을 주입한다. 이때, 상기 액정(130)은 2차 고분자 분산 액정필름(110)에 의해 노출된 반사영역(R)에 주입된다.
한편, 상기 상부 기판(120)은 하부기판과 합착되는 면에는 공통 전극(122)이 배치되고 타면에는 편광판(124)이 배치된다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 반투과형 액정표시장치의 구동 방법을 설명하기 위한 단면도이다.
이와 같은 본 발명의 일실시예에 따른 고분자 분산 액정표시장치의 동작은 다음과 같다.
전계가 형성되기 전, 도 6의 왼쪽부분과 같이, 백라이트(미도시)로부터 나온 빛은 CLC층(미도시)을 통과하면서 좌원편과 또는 우원편광 중에서 어느 하나의 빛으로 변환되며, 이 빛은 λ/4 위상차판(미도시)을 통과하면서 선편광이 되고, 이 선편광은 1차 고분자 분산층을 지날 때, 제1 및 제 2액정 구적내 수평 배향된 액정 분자들에 의해 완전히 산란되고, 또한, 2차 고분자분산층을 지날때, 제 3액정 구적 내 수평 배향된 액정분자들에 의해 완전히 산란되면서 선편광의 차단이 이루어져 양호한 다크(dark)의 화면이 구현된다.
전계가 형성되면, 도 6의 오른쪽 부분과 같이, 1차 고분자 물질층의 제 1액정 구적내 액정분자들은 그들의 장축이 전계(E)와 평행하도록 배열되는 바, λ/4 위상차판을 통과한 선편광은 1차 및 2차 고분자 물질층을 모두 투과하게 되며, 이에 따라, 화이트(white)의 화면이 구현된다. 또한, 상기 선편광은 1차 고분자 물질층의 제 3액정 구적이 분산된 영역에서는 반사된다. 이때, 1차 및 2차 고분자 물질층은 저소비화를 구현할 수 있게 5V 이하 구동이 가능하게 폴리머 비율을 20% 이하로 낮추면서 플로린계와 염소계 재질를 이용한다.
본 발명에 따르면, 픽셀 센터부인 반사영역은 1차 고분자 물질층 위에 반사형 네마틱 액정이 개재되고, 투과영역은 1차 및 2차 고분자 물질층을 갖게 됨으로써, 고분자 분산 액정 기술을 응용한 본 발명에 따른 멀티 레이어(multi layer) 고분자 분산 액정표시장치를 제작한다.
이상에서와 같이, 본 발명에서는 고분자 분산 액정 필름을 2층 구조로 형성하면서, 각기 크기가 다른 제 1 내지 제 3액정 구적내 액정분자들을 수평 배향시킴으로써 전압 무인가시에 고분자 분산 액정 필름을 투과하는 빛의 차단을 이룰 수 있다. 따라서, 다크 상태에서의 화면품위를 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명은 반투과형 액정표시장치 제작 시, 1장의 편광판을 사용함으 로써, 2장이 사용되었던 기존에 비해 제조 공정이 단순화된다.
기타, 본 발명은 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

Claims (7)

  1. 대향 배치되며 중심에 반사 영역, 상기 반사영역의 외곽에 투과 영역이 형성된 상,하부기판;
    상기 반사 영역 상에 배치되며 고분자 물질 내에 분산되어 이루어지면서 상기 액정 구적 내의 액정분자들이 수평 배향되며 액정분자들이 서로 다른 제1, 제 2및 제 3크기(제 1크기<제 2크기<제 3크기)를 갖는 제1 내지 제3 액정 구적들 및 상기 투과 영역 상에 배치되며 상기 제2 크기를 갖는 제4 액정 구적들을 갖는 1차 고분자 분산 액정 필름;
    상기 투과영역에 다수의 슬릿을 가진 전극 패턴 및 상기 반사영역에 형성된 엠보싱 반사 패턴을 갖는 반사 전극;
    상기 투과 영역 상에 배치되며, 액정분자들이 상기 제 3크기의 액정 구적에 둘러싸여 고분자 물질 내에 분산되는 2차 고분자 분산 액정 필름; 및
    상기 1차 고분자 분산 액정 필름, 상기 2차 고분자 분산 액정 필름 및 상기 상부 기판의 사이에 형성된 공간에 배치된 반사형 네마틱 액정층을 포함한 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 1차 고분자 분산 액정 필름은 제 2크기의 액정 구적들의 그룹들 사이의 반사영역에 상기 제 1, 2 및 제 3크기를 가지면서 액정분자들을 둘러싼 액정 구적들이 분산되어진 것을 특징으로 하는 고분자 분산 액정표시장치.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 및 제 2고분자 분산 액정필름은 5∼10㎛두께를 가진 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 상부기판의 바깥면에 편광판이 추가된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서, 상기 반사전극은 픽셀의 센터부인 반사영역에 엠보싱 패턴이 형성된 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
  7. 제 1항에 있어서, 상기 1차 및 2차 고분자 분산 액정필름은 폴리머 비율을 20% 이하로 낮추며, 플로린계와 염소계 재질을 이용하는 것을 특징으로 하는 반투과형 액정표시장치.
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