KR101112558B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 액정 표시 장치는 한 면에 주기적 패턴이 형성되어 있고 다른 면에 평탄한 면을 가지는 배향막을 상하 두 기판 중 적어도 하나에 부착하여 액정 배향 기능을 제공한 것을 특징으로 한다. 이러한 액정 표시 장치에 전압을 인가하면 상기의 배향막의 주기적 패턴에 의한 유효 유전율의 차이로 인해 전기장 왜곡효과가 발생되어 자발적으로 다중 영역(multi-domain)이 형성되어 넓은 시야각 특성을 가지게 된다. 기존의 시야각 향상기술인 돌기(protrusion) 방식과 달리 복잡한 제조공정이 필요하지 않고 프린팅과 러빙 등의 배향막 제조 공정이 요구되지 않는 장점이 있어 액정 표시 장치의 제조 비용이 절감 될 수 있다.

액정 표시 장치, 다중 영역, 주기적 패턴, 배향막

Description

액정 표시 장치 {LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 사시도이다.

도 6는 도 1 내지 도 5에 도시한 액정 표시 장치의 배향 필름을 제조하기 위한 틀(mold)을 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법을 나타낸 사시도이다.

도 7a는 도 6에 도시한 방법으로 만들어진 틀 표면의 SEM(scanning electron microscope) 사진이다.

도 7b는 도 6에 도시한 방법으로 만들어진 틀의 표면 단차를 나타낸 그래프이다.

도 8a는 도 6에 도시한 방법으로 만들어진 틀로 제조한 배향 필름 표면의 SEM 사진이다.

도 8b는 스핀 코팅 속도에 따른 PDMS(polydimethylsiloxane)막의 두께를 나타낸 그래프이다.

도 9는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치에서 두 전극 사이의 전압에 따른 광투과도 특성을 보여주는 그래프이다.

도 10a 내지 도 10c는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치를 직교 편광 현미경으로 관찰한 사진이다.

도 11a 및 도 11b는 본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 특성을 나타낸 그래프이다.

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것이다.

1970년대 초반에 처음 비틀린 네마틱(twisted nematic: TN) 액정 표시 장치(liquid crystal display: LCD)가 제안된 이후 액정 표시 장치는 경량, 저 소비 전력, 휴대성으로 정보 표시 장치의 선두 주자의 역할을 하고 있다. 그러나 음극선관(cathode-ray tube: CRT) 등과 같은 발광형(emissive type)에 비해 상대적으로 좁은 시야각 특성을 가져 HDTV 등의 대화면 응용을 위해 시야각 특성이 개선되어야 한다.

이러한 시야각 문제를 해결하기 위해, 최근에는 평면 구동(in-plane switching: IPS) 방식을 사용하여 액정의 광축 변화가 기판에 평행한 평면에서 일어나도록 하여 넓은 시야각을 확보하는 방법, 액정의 다중 배향(multi-alignment: MA) 구조를 사용하여 한 화소를 광축 변화가 서로 다른 영역으로 나누어 시야각 특성을 개선하는 방법, 그리고 광 보상 필름을 이용하여 방위각에 따른 복굴절의 변화를 보상해 주는 방법 등이 적용되고 있다. 그러나 IPS 방식의 경우 낮은 개구율과 늦은 응답 속도 등의 문제가 있고, MA 구조의 경우 제조 공정이 복잡하며, 광 보상 필름은 가격이 높은 단점이 있다.

최근에는 광 반응 수지로 표면 굴곡 구조를 형성하여 시야각을 넓히는 기술 이 보고되었다. 이 기술은 초기 액정 배향의 선 경사각(pretilt angle)이 1차원 또는 2차원 대칭성을 가지도록 하는 것으로서 굴곡 구조 형성 공정은 단순하나 대부분의 경우 여전히 배향막 공정이 필요하다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 기존의 복잡한 마스크 공정이나 러빙 공정 등이 없이 시야각을 향상하고 대비비가 높은 액정 표시 장치를 구현하는 것이다.

본 발명의 또 다른 기술적 과제는 초기 액정 배향 상태가 완전히 어두운 상태(dark state)가 되도록 하여 높은 대비비를 얻는데 있다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치는 유전율 차이를 주는 배향 필름을 포함한다. 배향 필름은 패턴이 형성된 면을 가질 수 있으며 이 면은 액정층과 접하거나 그 반대쪽에 위치할 수 있다. 배향 필름은 액정 표시 장치의 두 기판 중 적어도 한 쪽에 위치할 수 있으며 패턴 부분에는 유전율 차이를 크게 할 수 있는 투명한 유전체가 채워질 수 있다.

본 발명의 한 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 제1 기판, 상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극, 제1 기판과 마주하는 제2 기판, 상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 전극, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 들어 있는 액정층, 그리고 상기 제1 전극 위에 부착되어 있으며 위치에 따라 두께가 다른 제1 배향 필름을 포함한다.

상기 제1 배향 필름은 주기적으로 배열된 요철 따위의 주기적인 패턴이 형성되어 있는 제1면과 평탄한 제2면을 가질 수 있다.

상기 제1 배향 필름의 제1면은 상기 제1 전극과 마주하거나 등질 수 있다.

상기 제1 배향 필름의 제1면이 상기 제1 전극과 마주하는 경우, 제1면은 상기 제1 전극과 닿아 있는 제1 부분과 상기 제1 전극과 떨어져 있는 제2 부분을 포함할 수 있다.

상기 액정 표시 장치는 상기 제1 배향 필름 제1면의 제2 부분과 상기 제1 전극 사이에 들어 있으며 상기 제1 배향 필름과 유전율이 다른 유전체를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 배향 필름 제1면의 제1 부분과 상기 유전체는 평탄면을 이룰 수 있다. 상기 유전체는 투명할 수 있고, 상기 유전체의 유전율은 1 내지 50일 수 있으며, 상기 유전체는 공기(air)일 수 있다.

상기 제1 배향 필름의 제1면이 상기 제1 전극을 등지는 경우, 즉 상기 제2면이 상기 제1 전극과 마주하는 경우, 상기 제1 배향 필름 제1면은 오목하게 들어간 오목부를 포함할 수 있다.

상기 액정 표시 장치는 상기 오목부에 들어 있으며 상기 제1 배향 필름과 유전율이 다른 유전체를 더 포함할 수 있으며, 상기 제1 배향 필름 제1면과 상기 유전체는 평탄면을 이룰 수 있다. 상기 유전체는 투명할 수 있으며, 상기 유전체의 유전율은 1 내지 50일 수 있다.

상기 제1 배향 필름은 상기 액정층을 수직 배향할 수 있다.

상기 액정 표시 장치는 상기 제1 배향 필름 위에 형성되어 있는 수평 배향막 을 더 포함할 수 있다.

상기 액정 표시 장치는 상기 제2 전극 위에 형성되어 있는 수평 또는 수직 배향막을 더 포함할 수 있다.

상기 액정 표시 장치는 상기 제2 전극 위에 부착되어 있으며 위치에 따라 두께가 다른 제2 배향 필름을 더 포함할 수 있다.

상기 액정 표시 장치는, 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에 각각 부착되어 있는 제1 및 제2 편광판, 그리고 상기 제1 또는 상기 제2 편광판을 통하여 상기 액정층에 빛을 공급하는 광원을 더 포함할 수 있다.

상기 액정 표시 장치는 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 어느 하나에 부착되어 있는 편광판을 더 포함하며, 상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극은 반사 전극일 수 있다.

상기 제1 및 제2 기판은 가요성일 수 있다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함 한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

도 1 내지 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 사시도이다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판부(10)와 제2 기판부(20), 그리고 제1 기판부(10)와 제2 기판부(20) 사이에 들어 있는 액정층(31)을 포함한다.

제1 기판부(10)는 투명 기판(1), 투명 기판(1) 아랫면에 부착되어 있는 하부 편광판(3), 투명 기판(1) 윗면에 형성되어 있는 투명 전극(2), 그리고 투명 전극(2) 위에 형성되어 있는 배향 필름(14)을 포함한다.

도 4 및 도 5의 경우 제1 기판부(10)는 배향 필름(14) 위에 형성되어 있는 수평 배향막(26)을 더 포함한다. 도 1 내지 도 3의 경우에는 제1 기판부(10)가 배향 필름(14) 위에 형성되어 있는 수직 배향막(도시하지 않음)을 더 포함할 수 있다.

제2 기판부(20)는 투명 기판(21), 투명 기판(21) 윗면에 부착되어 있는 상부 편광판(23), 그리고 투명 기판(21) 아랫면에 형성되어 있는 투명 전극(22), 그리고 투명 전극(22) 아랫면에 형성되어 있는 액정 배향막(24)(도 1, 도 3), 배향 필릍(15)(도 2, 도 5), 또는 수평 배향막(27)(도 4, 도 5)을 포함한다.

도 1, 도 2, 도 4 및 도 5에 도시한 배향 필름(14, 15)에서 투명 전극(2, 22)과 마주하는 면에는 규칙적으로 배열된 요철이 형성되어 있으며, 요철의 요부(凹部)(16)에는 배향 필름(14, 15)과 유전율이 다르며 유전율이 약 1 내지 50인 투 명한 유전체, 예를 들면 공기가 들어 있을 수 있다. 도 3에 도시한 배향 필름(14)에서는 액정층(31)과 마주하는 면에 규칙적으로 배열된 요철이 형성되어 있으며, 요철의 요부는 투명 유전체(17)로 채워져 평탄면을 제공한다. 요철 대신 배향막(14)의 두께를 규칙적으로 변화시킬 수도 있다.

배향 필름(14, 15)은 액정층(31)의 액정 분자들을 수직으로 배향한다. 그러나 배향 필름(14, 15)은 액정층(31)의 액정 분자들을 수평으로 배향할 수도 있다.

하부 편광판(3)의 투과축과 상부 편광판(23)의 투과축은 직교한다. 예를 들어, 하부 편광판(3)의 투과축 방향이 0°인 경우 상부 편광판(23)의 투과축 방향은 90°일 수 있다. 그러나 이들 편광판(3, 23)의 투과축은 평행할 수도 있다.

두 편광판(3, 23) 중 하나는 생략될 수 있으며, 이 경우 남아 있는 편광판(3, 23)의 반대쪽 기판부(10, 20)의 투명 전극(2, 22)은 반사 전극(도시하지 않음)으로 대체될 수 있다.

또한 투명 전극(2, 22)의 일부가 반사 전극으로 대체되거나 반사 전극으로 덮여 있을 수 있다.

도 1 및 도 3의 액정 배향막(24)은 액정 분자를 투명 전극(2) 면에 수직하게 배향할 수 있는 수직 배향 물질을 포함할 수 있다.

도 4 및 도 5에서 수평 배향막(26, 27)의 배향 방향은 서로 평행하거나 90°, 180°, 또는 270°의 각도를 이룰 수 있다.

도 1 내지 도 3의 액정층(31)은 음의 유전율 이방성을 가질 수 있고, 도 4 및 도 5의 액정층(31)은 양의 유전율 이방성을 가질 수 있으며 액정층(31)의 두께 는 자유롭게 조절이 가능한 값이다.

기판(1, 21)은 잘 휘지 않는 유리로 만들어질 수도 있고, 플라스틱 등 가요성 재질로 만들어질 수도 있다.

두 기판부(10, 20)의 바깥에는 빛을 공급하는 광원이 있을 수 있다.

이러한 액정 표시 장치에서는 배향 필름(14, 15)의 요철로 인하여 위치에 따라서 유효 유전율이 달라지고 이에 따라 전기장이 왜곡된다. 그리하여 액정층(31)의 액정 분자들이 기울어진 방향 및 각도가 다른 복수의 영역이 액정층(31) 내에 만들어지며 이에 따라 기준 시야각이 넓어진다.

그러면 도 1 내지 도 5에 도시한 액정 표시 장치의 배향 필름을 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법에 대하여 도 6 내지 도 8을 참고하여 상세하게 설명한다.

도 6는 도 1 내지 도 5에 도시한 액정 표시 장치의 배향 필름을 제조하기 위한 틀(mold)을 본 발명의 한 실시예에 따라 제조하는 방법을 나타낸 사시도이고, 도 7a는 도 6에 도시한 방법으로 만들어진 틀 표면의 SEM(scanning electron microscope) 사진이고, 도 7b는 도 6에 도시한 방법으로 만들어진 틀의 표면 단차를 나타낸 그래프이고, 도 8a는 도 6에 도시한 방법으로 만들어진 틀로 제조한 배향 필름 표면의 SEM 사진이며, 도 8b는 스핀 코팅 속도(r.p.m)에 따른 PDMS(polydimethylsiloxane) 배향 필름의 두께를 나타낸 그래프이다 .

도 6를 참조하면, 틀을 제작하기 위한 기판(43) 위에 자외선(UV)에 반응하는 광반응성 물질, 예를 들면 NOA65(Norland Product, Inc.)로 만들어진 감광성 필름 (42)을 스핀 코팅하여 도포한 다음, 광 마스크(41)를 통하여 감광성 필름(42)에 선택적으로 UV(44)를 조사한다. 이어 광 마스크(41) 없이 UV(44)를 전체적으로 조사하여 감광성 필름(42)을 경화시킨다.

도 7a는 이렇게 만들어진 틀의 SEM 사진으로서 도 6에서 사용한 광 마스크(41)의 모양처럼 표면에 볼록 렌즈 형태의 표면 패턴이 잘 형성되어 있음을 확인할 수 있다. 볼록부의 지름은 약 300 μm이다.

도 7b는 제작된 광 마스크를 사용하여 15초 동안 UV(44)를 선택적으로 첫 번째 조사한 후의 표면 단차를 측정한 그래프로서, 볼록부의 반지름은 약 150μm이고 주기는 약 45μm이며 좌우 대칭으로 약 8μm의 단차가 있음을 보여주고 있다.

이렇게 만들어진 틀(42)을 사용하여 도 1 내지 도 5에 도시한 배향 필름(14, 15)을 제조한다. 배향 필름(14, 15)의 재료는 PDMS(polydimethylsiloxane) 등이다.

도 8a에는 도 6의 방법으로 만들어진 틀로 제작한 PDMS 배향 필름(45) 표면이 나타나 있다. 도 8에서 보는 바와 같이 도 7에서 만들어진 틀의 형태와 마찬가지로 PDMS 배향 필름(45)의 표면 패턴의 주기가 약 450μm이며 렌즈 모양의 지름은 약 300μm로 잘 형성되어 있다.

도 8b는 스핀 코팅 시간을 100초로 유지하고 스핀 코팅 속도(rpm)를 변화시켜 PDMS(polydimethylsiloxane)의 변화된 두께를 보여주는 결과이다.

도 9는 본 발명의 한 실시예로, 두 전극(2, 22)에 인가되는 전압차에 따른 광투과 특성 그래프를 보여준다.

도 9을 참고하면, 약 15V에서 빛이 투과되기 시작하며, 약 24V에서 최대의 투과광을 얻을 수 있으므로, 이 범위의 전압을 사용하여 계조 표시를 할 수 있다.

도 10은 도 1의 실시예로 두 개의 투명 전극(2, 22)에 인가되는 전압에 따른 직교 편광 현미경에서 관찰한 다중 영역 사진이다.

도 10a는 전압을 인가하기 이전에 액정의 초기 배향 상태가 거의 완벽한 수직 배향을 이루고 있기 때문에 완전히 어두운 상태를 얻을 수 있다. 도 10b는 18V의 전압을 인가했을 때의 사진으로서, 액정층을 통과한 빛의 투과율이 배향 필름(14)의 패턴을 따라 주기적인 형태를 나타냄을 보여 주고 있다. 도 10c는 24V의 전압을 인가했을 때의 사진으로서 배향 필름(14)의 패턴을 따라 약 300μm의 주기로 다중 영역이 형성됨으로 보여주고 있다.

도 11a 및 도 11b는 도 1의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 시야각 특성을 나타내는 그래프로서, 도 11a는 18V의 전압을 인가하였을 때의 그래프이고, 도 11b는 24V의 전압을 인가했을 때의 그래프이다. 도 11a를 보면 18V의 전압이 인가되었을 때 상하 좌우 60°까지 대비비의 반전 없이 넓은 시야각이 확보됨을 알 수 있다. 도 11b를 보면 24V의 전압이 인가되었을 때 상하 좌우 60° 까지 최대 5:1의 대비비를 유지하여 대비비의 반전이 없는 넓은 시야각을 얻을 수 있다.

이상과 같이, 본 발명에서는 패턴된 배향 필름을 사용하여 다중 영역을 만듦으로써 광 시야각 액정 표시 장치를 구현할 수 있다. 이러한 액정 표시 장치는 재사용이 가능한 틀을 사용하여 제조하므로 제조 공정이 간단하고 제조 비용이 작다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.

Claims (23)

1. 제1 기판,

   상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극,

   제1 기판과 마주하는 제2 기판,

   상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 전극,

   상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 들어 있는 액정층, 그리고

   상기 제1 전극 위에 부착되어 있으며 위치에 따라 두께가 다른 제1 배향 필름을 포함하고,

   상기 제1 배향 필름은 주기적인 패턴이 형성되어 있는 제1면과 평탄한 제2면을 가지고,

   상기 제1 배향 필름의 제1면은 상기 제1 전극과 마주하고,

   상기 제1 배향 필름의 제1면은 상기 제1 전극과 닿아 있는 제1 부분과 상기 제1 전극과 떨어져 있는 제2 부분을 포함하는 액정 표시 장치.
2. 삭제
3. 제1항에서,

   상기 제1 배향 필름의 주기적인 패턴은 주기적으로 배열된 요철 형태인 액정 표시 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에서,

   상기 제1 배향 필름 제1면의 제2 부분과 상기 제1 전극 사이에 들어 있으며 상기 제1 배향 필름과 유전율이 다른 유전체를 더 포함하는 액정 표시 장치.
7. 제6항에서,

   상기 제1 배향 필름 제1면의 제1 부분과 상기 유전체는 평탄면을 이루는 액정 표시 장치.
8. 제6항에서,

   상기 유전체는 투명한 액정 표시 장치.
9. 제6항에서,

   상기 유전체의 유전율은 1 내지 50인 액정 표시 장치.
10. 제6항에서,

    상기 유전체는 공기(air)인 액정 표시 장치.
11. 제1 기판,

    상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극,

    제1 기판과 마주하는 제2 기판,

    상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 전극,

    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 들어 있는 액정층, 그리고

    상기 제1 전극 위에 부착되어 있으며 위치에 따라 두께가 다른 제1 배향 필름을 포함하고,

    상기 제1 배향 필름은 주기적인 패턴이 형성되어 있는 제1면과 평탄한 제2면을 가지고,

    상기 제1 배향 필름의 제2면은 상기 제1 전극과 마주하고,

    상기 제1 배향 필름 제1면은 오목하게 들어간 오목부, 그리고

    상기 오목부에 들어 있으며 상기 제1 배향 필름과 유전율이 다른 유전체를 포함하는 액정 표시 장치.
12. 삭제
13. 삭제
14. 제11항에서,

    상기 제1 배향 필름 제1면과 상기 유전체는 평탄면을 이루는 액정 표시 장치.
15. 제11항에서,

    상기 유전체는 투명한 액정 표시 장치.
16. 제11항에서,

    상기 유전체의 유전율은 1 내지 50인 액정 표시 장치.
17. 제1항, 제3항, 제6항 내지 제11항, 및 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에서,

    상기 제1 배향 필름은 상기 액정층을 수직 배향할 수 있는 액정 표시 장치.
18. 제17항에서,

    상기 제1 배향 필름 위에 형성되어 있는 수평 배향막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
19. 제1항, 제3항, 제6항 내지 제11항, 및 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에서,

    상기 제2 전극 위에 형성되어 있는 수평 또는 수직 배향막을 더 포함하는 액정 표시 장치.
20. 제1항, 제3항, 제6항 내지 제11항, 및 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에서,

    상기 제2 전극 위에 부착되어 있으며 위치에 따라 두께가 다른 제2 배향 필름을 더 포함하는 액정 표시 장치.
21. 제1항, 제3항, 제6항 내지 제11항, 및 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에서,

    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판에 각각 부착되어 있는 제1 및 제2 편광판, 그리고

    상기 제1 또는 상기 제2 편광판을 통하여 상기 액정층에 빛을 공급하는 광원

    을 더 포함하는 액정 표시 장치.
22. 제1항, 제3항, 제6항 내지 제11항, 및 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에서,

    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판 중 어느 하나에 부착되어 있는 편광판을 더 포함하며,

    상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극은 반사 전극인

    액정 표시 장치.
23. 제1항, 제3항, 제6항 내지 제11항, 및 제14항 내지 제16항 중 어느 한 항에서,

    상기 제1 및 제2 기판은 가요성인 액정 표시 장치.

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