KR100724990B1 - 수직배향 액정 표시소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 능동행렬방식 액정 표시장치(Active-Matrix Liquid Crystal Display : AM-LCD)에서 박막 트랜지스터(도시되지 않음)공정이 완료된 하부기판의 데이터 배선과, 게이트 배선 위에 고분자 벽을 격자 형태로 형성시켜, 시야각 특성을 개선하고 대면적 액정 표시장치 및 소형 액정표시장치에 이용할 수 있는 투과형 액정 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 투명전극이 코팅된 부분이 대향되게 부착된 상부기판과 하부기판, 상기 상부기판과 하부 기판 뒷면에 부착되어 입사되는 빛을 편향시키는 한 쌍의 편광판을 포함한다. 상기 하부 기판에는 네가티브 포토 리지스터(Negative Photo Resistor : N-PR)로 제작된 고분자 벽이 각 배선위에 배선의 너비 또는 그이상의 너비로 존재하며, 고분자 벽의 높이는 합착되는 상하부 기판 사이의 거리와 같거나, 그 이하이다. 제작된 벽이 존재하는 하부기판에 유전율 이방성이 음인 액정을 원 드랍 필링(One-Drop-Filling : ODF)방식으로 채우고 상기 상부기판과 합착시켜 구동시킨다. 전압이 무인가 된 초기에 액정은 상하부 기판과 수직으로 배향된 형태이며, 전압 인가 시 상기 고분자 벽으로 둘러싸여 액정 방향자들은 전기장 방향의 수직으로 배열되며, 동시에 중앙으로 소용돌이치며 90도 비틀린 네마틱 형상을 갖는 것이 특징이다.

고분자 벽, 픽셀, ODP 방법, 광시야각 액정 표시소자

Description

수직배향 액정 표시소자 {Locked Super Homeotropic Liquid Crystal Display}

도 1은 종래의 고분자 벽을 만드는 방법을 설명하기 위한 단면도.

도 2a는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도.

도 2b는 제 2a도의 한 픽셀을 경계로 하는 고분자 벽안의 액정의 방향자 사시도.

도 3a와 3b는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치 제조 공정을 설명 하기 위한 단면도.

도 4는 마스크 패턴 후 음인 액정을 주입한 초기 상태의 셀의 단면도.

도 5는 본 발명에 이용되는 광보상 필름에 대한 이해도.

종래의 액정 표시 장치인 TN(Twist Nematic), VA(Vertical Alignment)모드는 단일 도메인으로 제조 시에 협소한 시야각 문제를 가지고 있으며, 별도의 광 보상 필름을 필요로한다. 광시야각을 갖는 IPS(In-Plane Switching)모드 또한, 느린 응답 속도와 낮은 대비비가 문제시 되었다. 이와 같은 종래의 액정 표시 장치의 문제점을 극복하고자 ASM(Axially Symmetric aligned Micro-cell), ASV(Advanced Super View)모드가 개발 되어졌다. 뿐만 아니라, 최근 액정 표시 장치의 크기가 대면적화 되면서 이에 따른 문제점들이 대두되고 있다. 본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 ASM, ASV모드의 여러 가지 문제점과, 최근 액정표시장치가 대면적화 되면서 갖는 문제점을 보완할 수 있는 액정 표시 장치의 제조방법에 관한 것이다.

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ASM 모드는 전압 무인가시 초기 화이트 상태로 액정들은 중앙을 중심으로 360도 회전 되어져 있고, 구조적으로 멀티도메인(Multi-domain)을 형성하기 때문에 시야각이 넓다는 장점을 지닌다. 전압 인가 시 액정은 양의 액정이기 때문에 상, 하부 유리 기판에 수직으로 배열되어지고, 빛의 위상지연에 관여하지 않아, 유리 기판 외부의 교차된 편광판에 의해 빛이 차단된다. ASV모드는 ASM모드와는 다르게 음의 액정을 쓰며 수직 배향막을 상, 하부 기판에 코팅하여 전압 무인가 시 유리 판에 수직으로 서 있어, 상, 하부 유리 기판 외부의 교차된 편광판에 의해 빛이 차단된다. 전압 인가 시 전 방향에서 중앙을 중심으로 회전하며 TN과 같이 꼬이면서 눕게 된다. ASV와 마찬가지로 전 방향으로 눕기 때문에 넓은 시야각을 나타내며, VA와 같이 명암 대비비가 높다. 상기 ASV모드의 제조 방법을 도면 1에서 간단하게 도식하였다. 도면 1에서와 같이 수직 배향제(4-a)(4-b)가 코팅 되어진 상부 기판(3-a)과 하부 기판(3-b)을 합착시킨다. 이 때, 하부 기판은 박막 트랜지스터 공정과 각각의 데이터, 게이트 배선 공정이 완료(도식하지 않음)되어있는 상태이다. 합착된 상부기판과 하부기판 사이로 액정 주입구(도식하지 않음)를 통해 소량의 고분자 단량체(Polymer Monomer)(5)가 포함된 액정이 주입된다. 액정 주입이 완료되면, 패널의 액정 주입구를 봉한다. 위와 같이 제작된 패널 상부 쪽에서 마스크(2)를 사용하여 데이터와 게이트 배선 위쪽으로만 UV(1)를 조사해주면, 고분자 단량체의 광중합이 진행되면서 격자 형태의 방을 만들며 고분자 벽을 형성한다. 고분자 벽 형성이 완료되면, 상기 마스크 패턴은 제거되고 액정 표시장치는 완성되게 된다. 이와 같은 셀 공정을 통해 고분자 벽(7)안에서의 액정(6)의 방향자 움직임은 안정하게 구동한다.

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그러나, ASM, ASV 모드는 다음과 같은 문제점을 갖는다.

ASM, ASV 모드는 상기한 것과 같이 하부 기판과 상부 기판을 합착한 후, 고분자 단량체가 섞인 액정을 주입한다. 이 때, 고분자 단량체를 함유하고 있는 액정에 UV를 조사하여 액정과 고분자 단량체의 상 분리를 이용하여 하부 기판과 상부 기판을 유지해주는 고분자 벽을 형성 시킨다. 경화 되어진 고분자 벽 안에는 액정이 잔류할 수 있고, 또한 액정과 상 분리를 통해 고분자 벽이 형성되기 때문에 고분자 벽이 일정하게 패턴 되지 않을 수 있다. 또한 도면에 표시되지는 않았지만 상, 하부 기판 사이에 존재하는 화소 전극, 컬러 필터, 블랙 매트릭스에 직접적으로 에너지가 큰 UV(1)를 조사하게 된다. 상기한 문제점들은 전압 유지율(Voltage Holding Ratio : VHR)저하 문제와 여러 가지 무라(mura)를 발생시킬 수 있다. 이러한 문제점들은 액정 표시 장치가 대면적화 될수록 패널에 심각한 영향을 준다. 그 중 한 예로, 액정이 패널의 바닥으로 흘러내리는 중력 무라의 문제점을 들 수 있다. 이것은 중력에 기인한 것으로 패널 위쪽의 액정보다 패널 아래쪽의 액정이 더 큰 압력을 받기 때문에 발생한다.

따라서, 본 발명의 목적은 ASM, ASV 모드에서 상기 진술한 내용과 같은 문제점을 해결하고 기존의 장점은 유지하는 새로운 액정 표시 장치와 그 제조방법을 제공하는 것이다.

삭제

위의 목적을 달성하기 위하여, 고분자 벽이 형성된 하부기판; 상기 하부 기판과 대향되는 상부기판; 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 개재되며 초기 기판에 수직으로 존재하는 액정층; 상기 상, 하부 기판 뒷면에서 부착되어 있으며 각각 투과축이 서로 수직인 편광판을 포함하는 구조이다. 전압 무인가시 액정 방향자는 기판에 코팅된 수직 배향막에 의해서 기판과 수직을 이루기 때문에 편광에 관여하지 않고, 순수하게 기판 바깥쪽에 부착된 교차된 편광판에 의해서만 빛이 차단되며, 전압 인가 시 상, 하부 기판의 간격을 유지해주는 고분자 벽 안에서 중앙을 중심으로 전 방향에서 트위스트 되면서 눕게 되는 것이 특징이다.

본 발명에 의하면, 고분자 벽이 상, 하부 기판을 합착 하기 전에 하부기판에 형성되고, 고분자 벽이 형성된 하부기판에 ODF방식으로 액정을 떨어뜨린 후, 상기 상부 기판을 합착하기 때문에, 액정과 고분자 벽은 완전히 분리되며, 서로를 간섭하지 않는다. 따라서 형성된 고분자 벽의 경계 또한 균일하며, 고분자 벽이 액정을 가둬 놓기 때문에 상기 구조의 경우 대면적의 액정 표시 장치에서의 중력 무라의 문제점은 개선할 수 있다.

- 실시예 -

이하 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세하게 설명 하도록 한다. 본 발명은 투과형 LCD를 제작함에 있어 수직 전기장을 이용한 방법으로, 초기 어둠 상태를 보이는 노멀리 블랙 (Normally black : NB)모드이며, 전기장을 인가하여 화이트 상태가 가능한 모드이다.

도면 1은 기존의 ASV의 제조공정을 나타낸 것으로 수직 배향막(4-a, 4-b)이 코팅된 상, 하부 기판(3-a, 3-b)을 합착하여 고분자 단량체가 소량 함유된 액정(5)을 주입하고, 마스트(2)를 통해 하부기판의 데이터와 게이트의 배선이 위치하는 부분에만 일정 세기의 UV(1)을 조사하면, UV에 노출된 부분의 단량체들이 중합 반응을 통해 경화되어 고분자 벽(7)을 형성하고, 단량체가 빠져나간 액정(6)이 고분자 벽 안에 갇혀지는 제조 과정을 간략하게 표기한 도면이다.

도면 2a는 본 발명의 액정 표시 장치의 분해 사시도이고, 도면 2b는 고분자 벽 안에서의 전압 인가 시 형성된 전계에 따라 움직이는 액정 방향자들을 개략적으로 확대하여, 한 화소의 길이 방향으로 5등분된 층으로 나타낸 사시도이며, 도면 3a는 하부기판(9-b)에 N-PR(23)을 코팅하고, 마스크(22)를 통해 하부기판의 데이터, 게이트 배선(도식되지 않음)위에만 UV(21)를 조사시켜 N-PR의 광중합반응을 통해 도면 2a와 같이 격자 형태의 고분자 벽(12)을 형성시킨 후 액정(13)을 ODF방식으로 떨어뜨리고, 상부 기판(9-a)을 합착하는 패널 제작 과정 중 두 화소만을 확대하여 나타낸 제작도이다.

도면 3a를 통해 제작된 액정 표시 장치의 구성을 서술하면, 박막 트랜지스터와 데이터, 게이트 배선 공정이 완료되고, 투명전극(10-b)이 코팅된 하부 기판(9-b)위에 N-PR(23)을 패널의 두께만큼 코팅하고, 각 배선 위로만 빛이 투과되도록 제작한 마스크(22)를 그 위에 위치시키고, UV(21)를 조사한다. UV가 조사 되어진 부분의 N-PR은 광중합을 일으키며, 경화되어 고분자 벽으로 존재하고 UV가 조사 되어지지 않은 부분은 디벨로퍼에 의해 제거된다. 이어서, 고분자 벽이 형성된 하부기판 위에 액정을 수직배향 시키기 위한 수직 배향막(11-b)을 코팅한다. 상기 서술한 바와 같이 형성된 고분자 벽(12)안에 액정은 원 드랍 필링(one drop filling)방식으로 에칭 된 부분(13)에 채운다. 액정이 채워진 하부 기판 위에 수직 배향막(11-a)이 코팅된 상기 기판을 합착한다. 상, 하부 기판에 존재하는 수직 배향막은 전계 무인가 시 액정을 수직으로 세우기 위해 존재하며, 투명전극(10-a, 10-b)은 장치에 전계를 형성하기 위해 서로 다른 전압을 인가할 수 있도록 각각 상, 하부 기판에 코팅되어져 있다. 하부 기판과 상부 기판의 뒷면에는 빛을 선편광 시키는 편광판은 도면 2a의 8-a, 8-b와 같이 투과축이 서로 직교되도록 부착 되어있다.

도면 3b는 제작이 끝난 후 초기 기판에 수직으로 배열되어 있는 액정을 보여주기 위한 한 화소의 중앙을 경계로 한 단면도이다.

도면 4는 본 발명에 이용되는 광보상 필름의 이해를 보여주는 도면이다. 상부 기판과 하부 편광판 사이 및 하부 기판과 하부 편광판 사이에는 VA용 광 보상 필름이 개재될 수 있다. 상기 광 보상 필름은 전계 무인가 시 액정이 기판에 수직으로 존재할 때 정면 외의 부분에서 관찰되는 빛 샘 현상을 방지할 수 있는 필름이다.

상기 기술한 바와 같이 고분자 벽에 둘러싸인 한 화소(14)내에서의 액정의 방향자들을 확대해서 보면, 전계 인가 될 때, 액정 방향자들은 고분자 벽이 형성된 부분에서 화소의 중심부분(20)으로 소용돌이치며 눕고, 각 층 별로는 서로 꼬인 상태가 된다. 최상부(15)와 최하부(19)의 액정은 기판과의 표면 상호작용에 의해 기판과 수직으로 배열되어져 있다. 또한 상부(16)와 하부(18)의 액정은 서로 90도를 이루고 누워 있으며, 중간 부분(17)의 액정은 상기한 상부와 하부의 액정과 45도로 형성되어진다. 이것은 고분자 벽과 액정에 첨가된 도펀트에 기인한 것이며, 이로 인해 어떤 방위각으로 화소를 관찰 하더라도 액정의 장단축을 다 보는 것이므로 동일하고 넓은 시야각 특성을 나타나게 해준다. 이와 같이 도면을 참고하여 서술한 방법들에 의해 고분자 벽을 이용한 수직 배향 액정 표시 장치를 제조할 수 있다.

이상에서 자세히 설명한 바와 같이, ASM, ASV의 제조에서 고분자 단량체가 함유된 액정을 주입시켜, 합착 후에 고분자 단량체들의 중합 반응을 일으키기 때문에 일부는 중합 반응이 일어나지 않고 액정에 남아 있을 수 있다. 이러한 단량체들이 액정 내에서 불순물로 존재하여, 액정의 물성에 직접적인 영향을 주지만, 본 발명에서 제시한 제조 방법을 사용하면, 액정을 ODF방식으로 떨어뜨리기 때문에 액정 고유의 물성을 그대로 활용할 수 있다. 뿐만 아니라, 패널을 합착하고, 강한 에너지의 UV를 조사함으로써 액정 패널을 이루고 있는 부가적인 물질들(배향막, 컬러필터 등)에도 영향을 주어 모드의 특성을 저하시키는 문제도 해결 할 수 있다. 상기 하부 기판의 고분자 벽 형성은 액정 방향자의 안정한 구동을 위해서 원형, 정사각형, 또는 정육각형이 될 수 있으며, 고분자 벽이 형성되기 전에 하부 기판에 존재하는 데이터와 게이트 배선의 형태도 차후 형성될 고분자 벽의 위치를 고려하여, 원형, 정사각형, 또는 정육각형으로 배열 될 수 있다.
본 발명은 기존의 ASM, ASV의 장점인 넓은 시야각 특성을 그대로 구현하며, 대면적에서는 고분자 벽을 이용해 액정을 화소마다 가둬두었기 때문에, 중력에 의한 무라도 방지할 수 있다.

Claims (2)

1. 상부 편광판과;

   상기 상부 편광판의 하부에 위치한 상부 기판과;

   상기 상부 기판의 하부에 위치하는 투명 전극인 공통 전극과;

   상기 상부 기판의 하부에 코팅되어 액정의 초기 방향 배열을 기판에 수직으로 형성시켜주는 수직 배향막과;

   상기 상부 기판과의 셀 두께를 유지시켜주고, 액정을 가두어주며, 상부 기판과 하부 기판의 합착 전에 네가티브 포토 리지스터(Negative Photo Resistor : N-PR)로 하부 기판의 데이터 배선과 게이트 배선 위에 마스크 패턴을 통해 격자 형태로 형성 되는 고분자 벽과;

   상기의 고분자 벽과 상, 하부 기판으로 둘러싸인 유전율 이방성이 음인 액정과;

   상기 고분자 벽과 하부기판 표면에 초기 액정 방향 배열을 기판에 수직으로 형성시켜주는 수직 배향막과;

   상기의 고분자 벽 하부에 위치하는 투명 전극인 화소 전극과;

   상기 고분자 벽과 수직 배향막과 화소 전극의 기판이 되는 하부 기판;

   상기 구동 회로 하부에 위치하고 상부 편광판과 투과축이 직교되게 부착된 하부 편광판을 포함하는 수직 배향을 이용한 노말리 블랙 모드 액정 표시 장치.
2. 화소 전극 및 화소 전극을 선택적 구동시키기 위한 액티브 소자가 매트릭스 형태로 배열되며 전면에 액정 분자를 수직으로 배향하기 위한 제 1 수직 배향제가 형성된 하부 기판을 제공하는 단계;

   상기 하부 기판에 자외선 노출 시 경화되는 네가티브 포토 리지스터(Negative Photo Resistor : N-PR)를 패널의 두께가 될 만큼 하부 기판 저면에 코팅하고, 마스크를 통해 각각의 화소 전극을 구분하도록 하는 매트릭스 형태의 부분에만 UV를 조사하여, 각각의 화소 전극을 구분하도록 하는 고분자 벽을 형성하는 단계;

   상기 고분자 벽이 형성된 하부 기판에 유전율 이방성이 음인 액정을 원 드랍 필링(One drop filling : ODF)방식으로 채우는 단계;

   상기 하부 기판의 화소 전극과 대응되는 위치에 형성되는 컬러 필터와, 컬러 필터 간을 구분 짓는 블랙 매트릭스가 형성되며, 전면에 제 2 수직 배향제가 형성된 상부 기판을 제공하는 단계;

   상기 하부 기판과 상부 기판을 상기 화소 전극이 형성된 면과, 컬러 필터가 형성된 면이 대향하도록 합착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법

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