KR100777692B1 - manufacturing metod for liquid crystal display - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 두 기판이 배치되어 있으며, 두 기판의 안쪽면에는 각각 전계 생성 전극과 그 위에 배향막이 형성되어 있다. 배향막의 일부는 UV에 노광된 부분으로 노광되지 않은 부분과 선경사 방향이 반대이다. 두 배향막 사이에는 액정층이 삽입되어 있다. 또한, 두 기판의 바깥쪽에는 각각 보상 필름이 배치되어 있는데, 보상 필름은 서로 수직인 두 방향의 굴절율이 같고, 이에 수직하며 러빙 방향으로의 굴절율이 다른 두 방향의 굴절율보다 작다. 상부의 보상 필름 바깥쪽에는 러빙 방향의 굴절율이 가장 작은 이축성 필름이 배치되어 있고 상부 및 하부의 가장 바깥쪽에는 편광판이 배치되어 있다. 따라서, 본 발명에서는 UV 노광을 이용하여 한번의 러빙 공정으로 선경사 방향이 다른 두 영역을 형성고 보상 필름을 사용하여 액정 표시 장치의 시야각을 넓게 할 수 있다.In the liquid crystal display according to the present invention, two substrates are disposed, and on the inner surfaces of the two substrates, an electric field generating electrode and an alignment layer are formed thereon, respectively. A part of the alignment film is a part exposed to UV, and the pretilt direction is opposite to the part not exposed. The liquid crystal layer is inserted between the two alignment films. In addition, a compensation film is disposed on the outside of the two substrates, and the compensation film has the same refractive index in two directions perpendicular to each other, and the refractive index in the vertical direction and the rubbing direction is smaller than that in the other two directions. The biaxial film having the smallest refractive index in the rubbing direction is disposed outside the upper compensation film, and the polarizing plates are disposed at the outermost sides of the upper and lower parts. Therefore, in the present invention, two regions having different pretilt directions may be formed in one rubbing process using UV exposure, and the viewing angle of the liquid crystal display may be widened by using a compensation film.
광시야각, 디스코틱 액정, 보상 필름, 도메인Wide viewing angle, discotic liquid crystal, compensation film, domain
Description
도 1은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,1 is a layout view of a liquid crystal display according to the present invention;
도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 단면도로서 액정 분자의 배열 상태를 도시한 것이며,2 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present invention, illustrating an arrangement state of liquid crystal molecules.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 보상 필름의 액정 분자를 도시한 것이고,3A and 3B illustrate liquid crystal molecules of a compensation film according to the present invention,
도 4는 본 발명에 따른 배향막 형성 공정을 도시한 것이고,4 illustrates an alignment film forming process according to the present invention.
도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 시뮬레이션 결과를 도시한 것이다.5 to 7 illustrate simulation results of the liquid crystal display according to the present invention.
본 발명은 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시야각이 넓은 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고 두 전극에 전압을 인가하여 액정 분자를 움직임으로써 빛의 투과율에 따라 화상을 표현하는 장치이다. A liquid crystal display is an apparatus that displays an image according to light transmittance by injecting liquid crystal between two substrates on which field generating electrodes are formed, and applying a voltage to the two electrodes to move liquid crystal molecules.
이러한 액정 표시 장치는 시야각이 좁은 단점이 있는데, 시야각을 넓게 하기 위해 다양한 방법이 시도되고 있다. Such a liquid crystal display has a disadvantage of having a narrow viewing angle, and various methods have been tried to widen the viewing angle.
그 중 화소 영역에 도메인을 형성하여 액정 분자를 분할 배향함으로써 액정 표시 장치의 시야각을 넓게 하는 방법이 미국 특허 제 5,844,649호에 제시되었다. 이는 두 도메인 간의 선경사 방향은 같으나 선경사각을 다르게 하는 것으로 기판에 대해 수직한 방향의 굴절율이 가장 작은 보상 필름을 사용하는데, 이 경우 두 도메인 중 하나의 도메인은 보상되지 않는 문제가 있다. Among them, US Pat. No. 5,844,649 discloses a method of widening the viewing angle of a liquid crystal display by forming domains in a pixel region to divide and align liquid crystal molecules. This uses a compensation film having the smallest refractive index in the direction perpendicular to the substrate by using the same pretilt direction but different pretilt angles between the two domains. In this case, one of the two domains is not compensated.
본 발명의 과제는 액정 표시 장치의 시야각을 넓게 하는 것이다.An object of the present invention is to widen the viewing angle of a liquid crystal display device.
본 발명의 다른 과제는 액정 분자를 분할 배향하기 위한 도메인을 형성하면서도 공정을 단순화하는 것이다.Another object of the present invention is to simplify the process while forming domains for the partial alignment of liquid crystal molecules.
이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는 UV에 노광된 부분과 비노광 부분이 러빙 후 선경사각이 다르게 되는 물질로 배향막을 형성하고 보상 필름을 사용한다.In order to solve this problem, in the present invention, an alignment layer is formed of a material having a different pretilt angle after rubbing and a portion exposed to UV, and a compensation film is used.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판과 제2 기판이 마주 대하고 있으며, 제1 및 제2 기판의 안쪽면 위에는 각각 제1 및 제2 배향막이 형성되어 있다. 이어, 제1 및 제2 배향막 사이에 액정층이 삽입되어 있다. 다음, 제1 및 제2 기판의 바깥쪽에는 제1 및 제2 보상 필름이 각각 배치되어 있으며 제1 및 제2 보상 필름 바깥쪽에는 제1 및 제2 편광판이 각각 배치되어 있다. 여기서, 제1 및 제2 배 향막 중 적어도 하나는 러빙되어 있으며, 제1 및 제2 배향막 사이에 선경사 방향이 다른 영역을 적어도 둘 이상 포함하고, 제1 및 제2 보상 필름은 러빙 방향의 굴절율이 이에 수직인 두 방향의 굴절보다 작다.In the liquid crystal display according to the present invention, the first substrate and the second substrate face each other, and first and second alignment layers are formed on inner surfaces of the first and second substrates, respectively. Next, a liquid crystal layer is inserted between the first and second alignment films. Next, first and second compensation films are disposed outside the first and second substrates, respectively, and first and second polarizing plates are disposed outside the first and second compensation films, respectively. Here, at least one of the first and second alignment layers is rubbed, and includes at least two regions having different pretilt directions between the first and second alignment layers, and the first and second compensation films have refractive indices in the rubbing direction. This is smaller than the refraction in two directions perpendicular to this.
본 발명에서 제1 및 제2 배향막은 UV에 노광된 영역과 비노광 영역의 선경사 방향이 러빙 후 다르게 되는 물질로 이루어질 수 있다.In the present invention, the first and second alignment layers may be made of a material in which the pretilt directions of the areas exposed to UV and the non-exposed areas are different after rubbing.
이때, 두 영역의 선경사각은 1 내지 10도일 수 있다.In this case, the pretilt angles of the two regions may be 1 to 10 degrees.
또한, 액정층의 Δnd는 200 내지 340 ㎚일 수 있다.In addition, Δnd of the liquid crystal layer may be 200 to 340 nm.
본 발명에서는 제1 보상 필름과 제1 편광판 사이에 이축성 필름을 더 포함할 수도 있다.In the present invention, a biaxial film may be further included between the first compensation film and the first polarizing plate.
본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막은 기판 위에 사이드 체인을 가지는 폴리이미드를 인쇄하고 경화한 다음, 폴리이미드의 일부를 UV로 노광하고 러빙하여 형성한다.The alignment layer of the liquid crystal display according to the present invention is formed by printing and curing a polyimide having a side chain on a substrate, and then exposing and rubbing a portion of the polyimide with UV.
이와 같이 본 발명에서는 액정 표시 장치의 배향막을 UV를 이용하여 한번의 러빙 공정으로 선경사 방향이 다른 두 영역을 형성하고, 러빙 방향의 굴절율이 이에 수직인 다른 두 방향의 굴절율보다 작은 보상 필름을 상부 및 하부에 배치하여 액정 표시 장치의 시야각을 넓게 할 수 있다.As described above, in the present invention, the alignment layer of the liquid crystal display uses UV to form two regions having different pretilt directions in one rubbing process, and a compensation film having a refractive index of the rubbing direction smaller than the refractive indexes of the other two directions perpendicular to the upper surface is formed. And a lower portion of the liquid crystal display may widen the viewing angle of the liquid crystal display.
그러면, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.Next, a liquid crystal display and a manufacturing method thereof according to the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.1 is a layout view of a liquid crystal display according to the present invention.
도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 하부의 박막 트랜지스터 기판(1)과 상부의 색 필터를 포함하는 기판(이하 색 필터 기판이라고 함)(4)이 마주 대하고 있다. 두 기판(1, 4)의 안쪽면에는 각각 전계 생성 전극(2, 5)이 형성되어 있고, 그 안쪽에는 배향막(3, 6)이 형성되어 있다. 여기서, 한쪽 방향의 화살표는 배향막(3, 6)의 러빙 방향을 도시한 것이다. 두 배향막(3, 6)의 사이에는 액정층(7)이 삽입되어 있다. 상부 및 하부 기판(1, 4)의 바깥쪽에는 각각 보상 필름(8, 9)이 배치되어 있으며, 보상 필름(8, 9) 바깥쪽에는 각각 편광판(11, 12)이 배치되어 있다. 한편, 상부의 보상 필름(9)과 편광판(12) 사이에는 이축성 필름(biaxial film)(9)이 형성되어 있다. 도면에 도시한 바와 같이, 하부에 있는 편광판(12)의 편광축은 상부에 있는 편광판(10)의 편광축에 대해 90도의 각도를 이룬다.As shown in FIG. 1, in the liquid crystal display device according to the present invention, the lower thin
도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 단면도로서, 상부 기판과 하부 기판 사이의 액정 배열 상태를 도시한 것이다.2 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to an exemplary embodiment of the present invention, illustrating a liquid crystal arrangement state between an upper substrate and a lower substrate.
도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 두 기판(1, 4)에 수직인 방향을 z축으로 하고, 이에 수직이며 도면상의 가로 방향을 x축으로 하며, 도시하지 않았지만 x축 및 z축에 수직인 방향 즉, 지면 뒤로 나가는 방향을 y축으로 한다. 이때, 두 배향막(3, 6)은 x축 방향으로 러빙되어 있으며, 상부 및 하부 기판(4, 1) 사이의 액정층(7)의 액정 분자는 기판(1, 4)에 대해 선경사각을 가지고 배열되어 있는데 A, B 두 도메인에서 선경사 방향이 각각 다르게 분할 배향되어 있다. 즉, A와 B 도메인간의 액정 분자의 선경사 방향은 반대 방향을 이룬다.
As shown in FIG. 2, in the liquid crystal display according to the present invention, the z-axis is perpendicular to the two
여기서, 액정 분자의 선경사각은 1 내지 10도의 범위를 가지며 바람직하게는 1 내지 5도의 범위를 가지는 것이 좋고, A와 B 도메인간에 선경사각은 동일하거나 다를 수도 있다.Here, the pretilt angle of the liquid crystal molecules is in the range of 1 to 10 degrees, preferably in the range of 1 to 5 degrees, the pretilt angle between the A and B domains may be the same or different.
본 발명에서는 두 배향막(3, 6)이 모두 러빙되어 있는 것으로 설명하였으나 두 기판(1, 4) 중 어느 하나의 기판은 러빙하지 않을 수도 있다.In the present invention, it has been described that both the
한편, 두 도메인 A와 B는 동일한 면적 비율을 가지도록 한다.Meanwhile, the two domains A and B have the same area ratio.
본 발명에서 액정층(7)의 위상 지연(phase retardation) Δnd는 200 내지 340 ㎚의 범위를 가지도록 하는데, 바람직하게는 240 내지 300 ㎚를 가지는 것이 좋다.In the present invention, the phase retardation Δnd of the
다음, 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 보상 필름의 액정 분자를 도시한 것으로서, 여기서 x, y, z축은 도 2의 축방향과 일치한다.3A and 3B show liquid crystal molecules of the compensation film according to the present invention, wherein the x, y, and z axes coincide with the axial directions of FIG. 2.
본 발명에 따른 보상 필름(8, 9)은 전압이 인가되지 않았을 때 빛의 투과율이 없는 노멀리 블랙 상태를 구현하기 위한 것으로, 보상 필름(8, 9)의 액정 분자는 원판처럼 생기 디스코틱(discotic) 액정을 사용한다. Compensation film (8, 9) according to the present invention is to implement a normally black state with no light transmittance when no voltage is applied, the liquid crystal molecules of the compensation film (8, 9) are discotic ( discotic liquid crystals.
이때, 도 3a 도시한 바와 같이 디스코틱 액정을 기판에 대해 수직하게 하거나 도 3b에 도시한 바와 같이 기판에 대해 일정 각도(θ)를 가지도록 하여, 보상 필름(8, 9)의 평면에서 한쪽 방향 즉, x축 방향의 굴절율이 이에 각각 수직이 두 방향 즉, y축 및 z축 방향의 굴절율보다 작게 되도록 한다. 여기서, θ는 70도 이상 90도 미만으로 하는 것이 좋다.At this time, the discotic liquid crystal is perpendicular to the substrate as shown in FIG. 3A or has a certain angle θ with respect to the substrate as shown in FIG. 3B, so that one direction in the plane of the
한편, 보상 필름(8, 9)의 굴절율이 작은 x축 방향은 앞서 설명한 배향막(3, 6)의 러빙 방향과 일치시킨다.On the other hand, the x-axis direction where the refractive index of the
다음, 고계조의 계조 반전을 없애기 위한 이축성 필름(10)은 반드시 필요한 것은 아니며 x축 방향의 굴절율이 다른 두 방향 즉, y축 및 z축 방향의 굴절율보다 큰 성질을 가지는 것으로 z축 방향의 굴절율은 y축 방향의 굴절율보다 작거나 같을 수도 있다. 여기서, 이축성 필름(10)의 x축 방향의 위상 지연은 0 내지 10 ㎚의 범위를 가지는 것으로 한다.Next, the
이와 같이 본 발명에서는 도메인을 형성하여 액정 분자를 분할 배향하고, 러빙 방향의 굴절율이 가장 작으며 다른 두 방향의 굴절율은 같은 보상 필름을 상하 기판 바깥쪽에 배치하여 액정 표시 장치의 시야각을 넓게 할 수 있다.As described above, in the present invention, domains are formed to divide and align the liquid crystal molecules, and the refractive index of the rubbing direction is the smallest, and the refractive indexes of the other two directions may be arranged on the outer side of the upper and lower substrates to widen the viewing angle of the liquid crystal display device. .
그러면, 도 4를 참조하여 이러한 액정 표시 장치에서 액정 분자를 분할 배향하기 위한 도메인을 형성하는 방법에 대해 설명한다.Next, referring to FIG. 4, a method of forming domains for splitting alignment of liquid crystal molecules in the liquid crystal display will be described.
도 4는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막 형성 공정을 도시한 것이다.4 illustrates a process of forming an alignment layer of a liquid crystal display according to the present invention.
먼저, 액정 표시 장치의 두 기판(1, 4) 중 하나의 기판, 예를 들면 박막 트랜지스터 기판(1)에 사이드 체인(side chain)을 가지는 폴리이미드(polyimide)를 인쇄한다.First, a polyimide having a side chain is printed on one of two
다음, 폴리이미드를 경화(curing)한다.Next, the polyimide is cured.
다음, 경화된 폴리이미드의 일부를 UV(ultra-violet)로 노광한다.Next, a portion of the cured polyimide is exposed to ultraviolet (ultra-violet).
이어, 러빙을 실시한다.Then, rubbing is performed.
그러면, UV가 노광된 영역은 러빙 방향으로 선경사 방향이 형성되고 UV가 노 광되지 않은 영역은 러빙 방향과 반대 방향으로 선경사 방향이 형성된다. Then, a pretilt direction is formed in the rubbing direction in the region where the UV is exposed, and a pretilt direction is formed in the opposite direction to the rubbing direction in the region where the UV is not exposed.
따라서, 한번의 러빙만으로 선경사 방향이 다른 두 영역을 형성할 수 있다.Therefore, two regions having different pretilt directions may be formed by only one rubbing.
이와 같은 액정 표시 장치에 대한 시뮬레이션 결과를 도 5 내지 도 7에 도시하였다.Simulation results of the liquid crystal display are shown in FIGS. 5 to 7.
여기서, 액정의 Δnd는 264 nm이며, 하부 기판의 러빙 방향은 225도이다. 또한, 선경사각은 두 도메인 모두 2도로 설정하였고, 보상 필름의 Δnd는 142.5 nm×2, 이축성 필름의 Δnd는 25 nm이며, 보상 필름과 이축성 필름의 굴절율이 가장 작은 방향은 45도로 하였다.Here, Δnd of the liquid crystal is 264 nm, and the rubbing direction of the lower substrate is 225 degrees. In addition, the pretilt angle was set to 2 degrees in both domains, Δnd of the compensation film was 142.5 nm × 2, Δnd of the biaxial film was 25 nm, and the direction in which the refractive indexes of the compensation film and the biaxial film were the smallest was 45 degrees.
도 5는 시야각별 대비비(contrast ratio) 결과를 도시한 것으로 중앙에서 60도 범위까지 측정한 결과이며, 도 6 및 도 7은 각각 0도와 90도 방향에서 계조별 투과도를 ±80도 범위까지 계산한 결과를 도시한 것이다.FIG. 5 shows the results of contrast ratios by viewing angles, which are measured from the center to a range of 60 degrees, and FIGS. 6 and 7 calculate the transmittance of each gray level to a range of ± 80 degrees in the 0 and 90 degrees directions, respectively. One result is shown.
이와 같이 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 계조 반전이 없이 대비비 20:1을 기준으로 상하좌우 방향 모두 시야각이 넓은 것을 알 수 있다.As described above, it can be seen that in the liquid crystal display according to the present invention, the viewing angle is wide in the up, down, left, and right directions based on the contrast ratio 20: 1 without gray level inversion.
본 발명에서는 액정 표시 장치의 배향막을 한 번의 러빙 공정만으로 선경사 방향이 다른 도메인을 형성하고 러빙 방향으로의 굴절율이 가장 작은 보상 필름을 사용하여 액정 표시 장치의 시야각을 넓게 할 수 있다.According to the present invention, the viewing angle of the liquid crystal display may be widened by using a compensation film having a small refractive index in the direction of rubbing and forming a domain having a different pretilt direction in the alignment layer of the liquid crystal display in only one rubbing process.
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