KR101941454B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 재료로 블루상 액정을 이용했을 때 발생하는 성능면 및 공정면의 문제를 해결하여 보다 실용적인 액정 표시 장치에 관한 것으로, 본 발명의 액정 표시 장치는 제1 기판과 제2 기판과의 사이에 봉지되는 액정으로 블루상 액정을 포함하는 액정 재료를 이용하고, 각각의 작은 방 형태의 미세홀들이 공간적으로 서로 연결되면서 3차원적으로 배열되어 1개의 대공간을 형성하고, 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이에 삽입되는 미세홀 구조층을 구비하고, 블루상 액정은 미세홀 구조층의 1개의 대공간에 삽입되어 미세홀들 각각에 나뉘어 봉지되며, 각 미세홀은 0.3μm이상 1μm이하의 직경을 갖는다.

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY}

본 발명은 액정 재료로 블루상 액정을 포함한 액정 표시 장치에 관한 것으로, 성능면 및 제조면에서 개선을 도모한 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 패널에 이용되는 액정 재료의 하나로 블루상(Blue Phase) 액정을 들 수 있다. 블루상 액정은 나선 피치의 비교적 짧은 키랄 네마틱상(Chiral Nematic Phase)과 등방상 사이에 나타나는 액정상이다. 블루상 액정은 네마틱 액정과 비교하여 고속 응답을 실현할 수 있고, 구체적으로 응답 속도가 10~100㎲로 빠른 특징이 있다.

블루상 액정을 적용한 종래 기술로는 고분자를 이용하여 블루상 액정을 안정화시키는 기술이 있다. 종래의 고분자 안정화를 도포한 블루상 액정을 포함한 액정 표시 장치의 제조 공정은 아래와 같다.

단계1: 액정에 광중합성 모노머를 첨가하는 것으로 모노머에 액정을 혼합한다.

단계2: 핫 플레이트 상에서 블루상 액정이 나타나는 온도로 제어한다. (블루상은 ±5℃ 제어가 필요)

단계3: 블루상 액정이 나타난 상태에서 UV를 조사하여 고분자화하는 것으로 블루상을 안정화한다.

이러한 공정을 통해 고분자 네트워크가 만들어지고, 그 중에서 블루상 액정에 배향을 갖게 할 수 있다. 이 결과, 전압 인가에 의해 고속 구동이 가능한 액정 표시 소자를 얻을 수 있다. (예를 들면, 특허문헌1 참조)

도 1은 액정 재료로 블루상 액정을 포함하는 종래의 액정 표시 장치의 패널 단면을 나타낸 도면이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 종래의 액정 표시 장치는 스페이서(41)를 개입시켜 서로 마주하는 화소 기판(12)과 대향 기판(13) 사이에 UV 조사에 의해 고분자 네트워크(31)가 형성되어 이 고분자 네트워크(31) 내의 블루상 액정(1)에 의해 고속 구동을 실현하고 있다.

특허문헌1: 국제공개공보 제2005/090520호

그러나, 블루상 액정을 포함한 액정 표시 장치의 실용화함에 있어서, 종래 기술에는 이하와 같은 과제가 있다.

종래 기술에서는 액정에 광중합성 모노머를 첨가하고 UV 조사에 의한 고분자화를 실시하고 있다. 그러나, 블랙 매트릭스 등의 차광층에 의해 UV광이 조사되지 않는 영역이 존재하여 미반응의 모노머가 남게 된다. 이것에 의해 보유율의 저하가 발생하여 표시 얼룩이 발생한다.

또한, UV조사의 면내 균일성, 또는 블루상 액정을 나타내기 위한 온도 관리가 정확하지 않으면, 형성되는 폴리머가 불완전하게 되어 면내에서 불균일이 발생하게 된다. 이것에 의해 초기 표시 얼룩이 발생하거나, 장시간 구동했을 때 폴리머의 그물망 구조가 파괴되는 것에 의한 표시 얼룩이 발생한다.

또한, 블루상 액정을 얻기 위해서는 상기 단계2에서 블루상 액정의 출현 범위인 약 1도 이내의 범위의 온도 제어가 필요하므로 제조 과정에서 큰 제약이 되고 있다.

이러한 종래의 블루상 액정 표시 장치의 문제점을 성능상의 문제점과 공정상의 문제점으로 크게 나누면 이하와 같이 정리할 수 있다.

(1) 성능상의 문제점: 초기 표시 얼룩, 저콘트라스트, 장시간 구동에 의한 표시 얼룩, 보유율 저하

(2) 공정상의 문제점: 고정밀도의 온도 제어(±5℃) 및 면내 균일 UV조사 공정 필요

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여 안출된 것으로, 액정 재료로 블루상 액정을 이용했을 때 발생하는 성능면 및 공정면의 문제를 해결하여 보다 실용적인 액정 표시 장치를 얻는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 서로 대향하는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판 사이에 봉지되는 액정을 구비한 액정 표시 장치에 있어서, 액정으로 블루상 액정을 포함한 액정 재료가 이용되고, 각각의 작은 방 형태를 갖는 미세홀들이 공간적으로 서로 연결되면서 3차원적으로 배열되어 1개의 대공간을 형성하고, 제1 기판과 제2 기판 사이에 삽입되는 미세홀 구조층을 더 구비하고, 블루상 액정은 미세홀 구조층의 1개의 대공간에 삽입되어 미세홀들 각각에 나뉘어 봉지되며, 각 미세홀은 0.3μm이상 1μm이하의 직경을 갖는다.

삭제

본 발명에 따른 액정 표시 장치에 의하면, 종래와 같은 고분자 네트워크를 이용하는 대신에 미세홀이 형성된 구조층을 이용하고, 이 구조층의 미세홀 각각에 블루상 액정을 충전하는 것으로, 모노머를 고분자화하기 위한 UV조사, 온도 제어가 불필요함으로써, 액정 재료로 블루상 액정을 이용했을 때 발생하는 성능면 및 공정면의 문제를 해결하여 보다 실용적인 액정 표시 장치를 얻을 수 있다

도 1은 액정 재료로 블루상 액정을 포함한 종래의 액정 표시 장치의 패널 단면을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 블루상 액정을 포함한 액정 표시 장치의 패널 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 미세홀 구조 필름의 모식도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법을 단계적으로 나타낸 플로우 챠트이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 성능 검증 시험의 결과를 집계하여 나타낸 것이다

이하, 본 발명의 액정 표시 장치 및 그 제조 방법의 바람직한 실시 형태에 대하여 도면을 이용하여 설명한다.

전술한 것처럼, 블루상 액정을 충전하기 위한 안정화 구조(안정화법)으로 고분자를 이용하는 종래의 액정 표시 장치의 제조 방법에서는, 고정밀도로 UV조사나 온도 제어를 실시할 필요가 있었다. 이것에 대하여, 본 발명은 고분자 구조 대신에 미세홀이 형성된 필름을 이용하는 것으로 균일하면서 튼튼한 안정화 구조를 용이하게 실현하는 것을 기술적 특징으로 하고 있다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 블루상 액정을 포함한 액정 표시 장치의 패널 단면을 나타내는 도면이다. 도 2에 나타내는 액정 표시 장치는 블루상 액정(1), 수평 전극(11), 화소 기판(12), 대향 기판(13) 및 미세홀 구조 필름(21)을 구비하여 구성되어 있다.

일측면에 수평 전극(11)이 설치된 화소 기판(12)과, 수평 전극(11)과 서로 마주 보도록 화소 기판(12)에 대향하는 대향 기판(13)과의 사이에는, 미세홀 구조 필름(21; 미세홀 구조층에 해당)이 형성된다. 수평 전극(11)은 수평 전계를 이용하는 IPS 모드 또는 FFS 모드를 위한 공통 전극 및 화소 전극을 포함할 수 있다. 이와 달리, 수직 전계를 이용하는 TN 모드 또는 VA 모드를 위한 공통 전극 및 화소 전극이 대향 기판(13) 및 화소 기판(12)에 각각 형성될 수 있다. 물론, 도 2에는 도시하지 않았으나, 화소 기판(12)에는 화소 전극을 구동하기 위한 구동 소자가 형성되고, 대향 기판(13)에는 블랙 매트릭스 및 컬러 필터를 포함하는 컬러 필터가 어레이가 더 형성된다.

미세홀 구조 필름(21)으로는, 예를 들면, 스미토모 3M사 제품인 다공질 필름 프로포어패브릭(Microporous Film ProporeFabric)을 이용할 수 있다.(Microporous Film ProporeFabri; http://www.mmm.co.jp/pcrp/microp/index.html 참조)

미세홀 구조 필름(21)은 각각은 작은 방 형태로 형성된 미세홀이 공간적으로 서로 연결하고, 공간적으로 연속하면서 3차원적으로 배열되어 구성되어 있다. 즉, 각 미세홀은 인접하는 미세홀과 공간적으로 연결되고 있는 것과 동시에, 작은 방을 형성하기 위한 필름에 의해 서로 연결되어 3차원적으로 배열되고, 결과적으로 미세홀이 연속한 1개의 대공간을 갖고 있다.

보다 구체적으로, 일례로서 화소 기판(12)과 대향 기판(13)과의 간격은 5㎛정도이고, 그 사이에 삽입되어 동등의 5㎛정도의 두께를 가지는 미세홀 구조 필름(21)은 1㎛이하의 직경을 가지는 대략 구형으로 구성된 미세홀이 3차원적으로 배열되어 연속한 1개의 대공간을 형성하고 있다.

그리고, 미세홀 구조 필름(21)이 있는 1개소로부터 블루상 액정을 충전하는 것으로, 1개의 대공간 내에 액정(1)을 주입할 수 있고, 그 결과 각 미세홀에서의 작은 방에 블루상 액정(1)이 봉지되게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에서 미세홀 구조 필름의 모식도이고, 작은 방으로 나누어져 있는 모양을 패널 단면도로 모식적으로 나타낸 것이다. 도 3에 나타낸 바와 같이, 미세홀 구조 필름(21)에 형성된 각각의 작은방마다 블루상 액정(1)이 봉지되어 전압 제어되는 것으로 원하는 화상 표시를 실현하게 된다.

이와 같이, 미세홀 구조 필름(21)을 이용하는 것으로, 종래와 같은 모노머를 고분자화하기 위한 UV조사 및 온도 제어가 불필요하므로, 제조 코스트를 저감하는 것이 가능해진다.

또한, 종래의 폴리머에 의한 고분자 구조는 장시간 구동시켰을 때, 액정의 스위칭으로 그물망 구조가 파괴되기 쉬운 단점이 있었다. 그러나, 본 발명은 고분자 구조를 대신하여 미세홀 구조를 이용하는 것으로, 장시간 구동시켰을 때 미세 구동 구조가 파손될 우려가 없고, 배향이 안정적이므로 고 콘트라스트를 유지할 수 있는 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.

또한, 화소 기판(12)과 대향 기판(13)과의 사이의 셀두께도 미세홀 구조 필름(21)의 두께를 관리하는 것으로 용이하게 원하는 두께로 할 수 있다. 이 결과, 셀두께를 제어하기 위하여 이용되는 스페이서의 형성이 불필요하므로 패널의 대형화도 가능해진다.

다음으로, 본 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법 및 성능 검증 실험에 대하여 플로우 챠트를 이용하여 설명한다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법 및 성능 검증 실험에 관한 일련 처리를 나타낸 플로우 챠트이다.

우선적으로, 단계 S301에서 수평 전극(11)이 설치된 화소 기판(12)과 대향 기판(13)을 미세홀 구조 필름(21)을 사이에 둔 상태로 합착한다.

다음에, 단계 S302에서 양기판과의 합착이 완료된 미세홀 구조 필름(21)의 하나의 대공간내에 블루상 액정(1)을 주입하는 것으로, 각 미세홀에 블루상 액정(1)을 충전한다. 다음에, 단계 S303에서 단계 S301, S302를 거쳐 제조된 패널을 이용하여 블루상 액정(1)의 온도 범위 측정을 실시한다. 온도 범위의 측정 결과에 대해서는 도 5를 이용하여 다음에 상세하게 설명한다.

다음에, 단계 S304에서 온도 범위 측정 후의 패널에 편광판을 붙인다. 그리고, 단계 S305에서 전압을 인가하기 전 상태(흑화상 표시 상태)와 전압을 인가한 후 상태(백화상 표시 상태)에 근거하여 콘트라스트 측정을 실시한다. 또한, 표시 불량의 검증도 맞춰 실시한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 성능 검증 시험의 결과를 집계한 것이다. 이 데이터를 수집하는데 있어서는 미세홀 직경이 0.3㎛, 1㎛, 2㎛의 3종의 미세홀 구조 필름(21)을 이용하고 있다. 또한, 종래의 고분자 구조를 이용했을 경우와 비교하고 있다.

우선, 온도 범위에 대하여, 본 발명은 미세홀 직경이 1㎛ 이하이면, 종래와 동등 이상의 온도 범위를 얻을 수 있고, 특히 미세홀 직경이 0.3㎛의 경우에는 종래의 1.8배 정도의 온도 범위를 커버할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 표시 불량에 대하여, 본 발명은 미세홀 직경이 어느 경우라도 양호한 결과를 얻을 수 있고, 백색 휘도에 대하여, 미세홀 직경이 1㎛ 이하이면, 종래와 동등의 백색 휘도를 얻을 수 있음을 알 수 있다.

또한, 콘트라스트에 대하여, 본 발명은 미세홀 직경이 2㎛의 경우에 종래와 동등의 콘트라스트를 얻을 수 있고, 미세홀 직경이 1㎛의 경우에는 약 2배, 미세홀 직경이 0.3㎛의 경우에는 약 4배의 콘트라스트비를 얻을 수 있음을 알 수 있다. 또한, 본 발명은 미세홀 직경이 어느 경우라도 24시간 구동 후의 콘트라스트가 초기의 콘트라스트로부터 거의 열화하지 않은 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

또한, 도 5에는 도시하지 않았으나, 미세홀 구조 필름(21) 중 각 미세홀로 형성되는 공간 부분이 차지하는 비율을 미세홀 존재율로 정의하면, 미세홀 직경이 어느 경우라도 미세홀 존재율이 95% 이상이면 백색 휘도로써 양호한 휘도를 얻을 수 있음을 실증할 수 있었다.

이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 의하면, 미세홀 구조층을 적용하는 것으로 종래의 고분자 구조를 구비한 액정 표시 장치와 비교하여 저비용화, 고신뢰성, 패널의 대형화라고 하는 효과를 갖는 블루 액정에 의한 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 실현할 수 있다.

또한, 검증 시험에 의해 온도 범위, 표시 불량, 콘트라스트의 관점에서 미세홀 구조 필름에 설치되는 미세홀은 그 직경에 대하여 1㎛ 이하가 바람직하고, 미세홀 존재율에 대해서는 95% 이상이 바람직한 것이 실증되었다.

이러한 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 수평 전계를 이용하는 IPS 모드나 FFS 모드에 적용 가능하며, 수직 전계를 이용하는 TN 모드나 VA 모드에 적용 가능하다.

1 : 블루상 액정 11: 수평 전극
12: 화소 기판 13: 대향 기판
21: 미세홀 구조 필름(미세홀 구조층)

Claims (4)

1. 서로 대향하는 제1 기판 및 제2 기판과,
   상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판과의 사이에 봉지되는 액정을 구비한 액정 표시 장치에 있어서,
   상기 액정으로 블루상 액정을 포함하는 액정 재료를 이용하고,
   각각의 작은방 형태의 미세홀들이 공간적으로 서로 연결되면서 3차원적으로 배열되어 1개의 대공간을 형성하고, 상기 제1 기판과 상기 제2 기판의 사이에 삽입되는 미세홀 구조층을 추가로 구비하고,
   상기 블루상 액정은 상기 미세홀 구조층의 1개의 대공간에 삽입되어 상기 미세홀들 각각에 나뉘어 봉지된 상태이며,
   상기 각 미세홀은 0.3μm이상 1μm이하의 직경을 갖는 액정 표시 장치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,
   상기 미세홀 구조층은 상기 미세홀들의 대공간이 상기 미세홀 구조층에서 차지하는 비율인 미세홀 존재율이 95% 이상인 액정 표시 장치.
4. 삭제

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