KR102411245B1 - 액정 디스플레이 패널 및 액정층과 배향막 사이의 이온에 의해 생성된 전위의 검출 방법 - Google Patents

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Abstract

제1 기판;
제2 기판;
상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 제1 전극과 제2 전극;
상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 제1 배향막; 및
상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 액정층을 포함하고,
상기 제1 전극 및 제2 전극은 상이한 전위를 가지며,
액정 디스플레이 패널의 작업 주파수가 N Hz이면, 상기 액정층 및 제1 배향막의 이온 전위는 하기 방정식(I)을 만족하는 액정 디스플레이 패널이 기재된다:
Figure 112015080174482-pat00006
(I)
식 중에서, 0.1≤N≤30, Vion_LC (1/2N)은 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위를 지칭하고, Vion_PI(1/2N)은 1/2N 시간에서 제1 배향막의 이온 전위를 지칭한다.

Description

액정 디스플레이 패널 및 액정층과 배향막 사이의 이온에 의해 생성된 전위의 검출 방법{Liquid display panel and method for detecting electric potential generated by ions between liquid crystal layer and alignment film}
본 출원은 2014년 9월 19일에 출원된 대만 특허 출원 번호 103132368호에 대하여 우선권을 주장하며, 상기 특허출원의 개시 사항은 본 명세서에 참조로서 삽입된다.
본 발명은 액정 디스플레이 패널 및 전위 액정층과 배향막 사이의 이온에 의해 생성된 전위의 검출 방법, 및 특히 저주파 동작에 적합한 액정 디스플레이 패널 및 액정층과 배향막 사이의 이온에 의해 생성된 전위의 검출 방법에 관한 것이다.
디스플레이 기술이 점진적으로 발달함에 따라서, 모든 장치들은 소형화, 박막화, 경량화 등의 유행을 따라 개발되며, 또 주류 디스플레이 장치들은 음극선관에서부터 액정 디스플레이들로 진보되고 있다. 특히, 액정 디스플레이들은 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더, 카메라, 음악 플레이어, 모바일 내비게이션 장치, 텔레비젼 등과 같은 다양한 일상 생활 분야에 적용될 수 있고, 액정 디스플레이 패널은 전형적으로 이들의 디스플레이 패널들로서 사용된다.
보통의 액정 디스플레이 패널은 2개 전극 사이에 샌드위치된(sandwiched) 액정층을 포함하고, 또 액정층 중의 액정 분자의 경사는 전압에 의해 제어되어, 투광의 위상 특성을 다변화하고, 또 편광자의 사용에 의해, 액정 패널 하에 배치된 백라이트 모듈에 의해 방출된 광은 상기 액정층을 통과하거나 통과하지 않을 수 있으므로, 상기 디스플레이의 목적을 달성한다.
상기 액정 디스플레이 패널이 고주파에서 동작되면, 액정층 또는 배향막 재료의 이온들은 디스플레이 패널의 디스플레이 품질에 대한 영향이 적다; 그러나, 상기 액정 디스플레이 패널이 저주파에서 동작되면, 이온 전하에 의해 유발된 전계는 액정층 중의 액정 분자에 부과된 실제 전위에 상당한 영향을 미쳐, 액정 디스플레이 패널의 품질에 부정적 영향을 미치는 중요한 인자인 잔상(image sticking), 플리커, 오버 로(over low) 전압 보유 등과 같은 문제를 초래한다.
상기 측면에서, 당해 기술 분야에서 필요한 것은 액정 디스플레이 패널 중의 액정층과 배향막 사이의 이온들에 의해 생성된 전위의 검출 방법을 개발하는 것으로, 이를 통하여 적합한 액정 물질 및 배향막 물질이 선택되어 저주파 동작하에서 높은 디스플레이 품질을 갖는 액정 디스플레이 패널을 제작한다.
본 발명의 목적은 저주파 전압에서 동작될 수 있는 액정 디스플레이 패널을 제공하는 것으로, 상기 디스플레이 패널은 배향막 물질과 액정 분자들의 이온의 영향에 의해 유발된 플리커(flicker)로부터 방지된다.
본 발명의 다른 목적은 액정 디스플레이 패널 중의 액정층과 배향막 사이의 이온에 의해 생성된 전위의 검출 방법을 제공하는 것으로, 상기 방법에 의해 상기 액정 분자들과 배향막 물질 사이의 이온 전위차에 의해 생성된 전계의 변이를 모니터링하고 또 액정 디스플레이의 품질에 대한 이온 영향을 감소시킬 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 제1 기판; 상기 제1 기판에 대향되게 배치된 제2 기판; 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 제1 전극; 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 제2 전극, 이때 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상이한 전위를 가짐; 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 제1 배향막; 및 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 액정층을 포함하는 액정 디스플레이 패널을 제공하며, 상기 액정 디스플레이 패널의 작업 주파수가 N Hz이면, 상기 액정층 및 제1 배향막의 이온 전위는 하기 방정식(I)을 만족한다:
Figure 112015080174482-pat00001
(I)
식 중에서, 0.1≤N≤30, Vion_LC (1/2N)은 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위를 지칭하고, 또 Vion_PI(1/2N)은 1/2N 시간에서 제1 배향막의 이온 전위를 지칭한다.
본 발명의 액정 디스플레이 패널에서, 액정층 및 배향막의 적절한 재료는 액정 디스플레이 패널이 저주파에서 동작될 때 상기 액정층과 배향막의 이온 전위가 상기 방정식(I)을 만족하도록 선택되므로, 상기 액정층과 배향막의 이온의 영향을 감소시킬 수 있고, 또 액정 디스플레이 패널의 디스플레이 품질을 개선시킬 수 있다.
본 발명의 액정 디스플레이 패널은 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되고 또 상기 제1 배향막에 대향하는 제2 배향막을 더 포함할 수 있고, 또 상기 액정층은 상기 제1 배향막과 제2 배향막 사이에 배치된다. 또한, 본 발명의 액정 디스플레이 패널은 트위스티드 배향(twisted alignment), 수직 배향 또는 수평 배향 액정 디스플레이 패널과 같은 당해 분야에 잘 공지된 액정 디스플레이 패널일 수 있다. 즉, 상기 제1 및 제2 전극들은 모두 제1 기판 위에 배치될 수 있거나, 또는 상기 제1 전극은 제1 기판 상에 배치되는 반면에 상기 제2 전극은 제2 기판 상에 배치된다.
또한, 본 발명은 또한 제1 기판; 상기 제1 기판에 대향되게 배치된 제2 기판; 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 제1 전극; 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 제2 전극, 이때 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상이한 전위를 가짐; 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 제1 배향막; 및 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 액정층을 포함하는 액정 디스플레이 패널을 제공하는 단계; 액정 전류 측정법에 의해 액정 디스플레이 패널을 측정하여, 하기 방정식(1)에 나타낸 바와 같이, 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위 및 1/2N 시간에서 배향막의 이온 전위의 합(A)을 얻는 단계; 위상차 측정법에 의해 액정 디스플레이 패널을 측정하여, 하기 방정식(2)에 나타낸 바와 같이, 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위와 1/2N 시간에서 배향막의 이온 전위 사이의 차(B)를 얻는 단계:
A = Vion_PI (1/2N) + Vion_LC (1/2N) (1)
B = Vion_PI (1/2N) - Vion_LC (1/2N) (2)
식 중, 0.1≤N≤30, Vion_LC(1/2N)은 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위를 지칭하고, 또 Vion_PI(1/2N)은 1/2N 시간에서 제1 배향막의 이온 전위를 지칭함; 및
하기 방정식(3) 및 방정식(4)을 통하여 1/2N 시간에서 배향막의 이온 전위 및 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위를 얻는 단계:
Vion_PI(1/2N) = (A + B)/2 (3)
Vion_LC (1/2N) = (A - B)/2 (4)
를 포함하는, 액정 디스플레이 패널 중의 액정층과 배향막 사이의 이온에 의해 생성된 전위의 검출 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 검출 방법에서, 상기 이온 전위 사이의 차를 얻기 위하여 액정 디스플레이 패널을 측정하는 위상차 측정 방법은 60 Hz 이상 및 5000 Hz 이하의 동작 주파수를 갖는 전압을 액정 디스플레이 패널에 인가하여, 전압 대 액정 위상차의 플럿을 얻는 단계; 0 Hz 초과 및 10 Hz 미만의 동작 주파수를 갖는 전압을 액정 디스플레이 패널에 인가하여, 시간 대 액정 위상차의 플럿을 얻는 단계; 및 상기 전압 대 액정 위상차의 플럿을 시간 대 액정 위상차의 플럿을 비교하여, 시간 대 이온 전위차의 플럿을 얻는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 검출 방법에서, 이온 전위의 합을 얻기 위하여 액정 디스플레이 패널을 측정하기 위한 액정 전류 측정법은 60 Hz 이상 및 5000 Hz 이하의 동작 주파수를 갖는 전압을 액정 디스플레이 패널에 인가하여, 전압 대 액정 커패시턴스의 플럿을 얻는 단계; 시간 대 이온 전위차의 플럿과 전압 대 액정 커패시턴스의 플럿으로부터 시간 대 액정 커패시턴스의 플럿을 얻는 단계; 시간 대 액정 커패시턴스의 플럿과 시간 대 이온 전위차의 플럿으로부터 시간 대 액정 분자들 트위스팅에 필요한 전하의 플럿을 얻는 단계; 및 시간 대 액정 분자들 트위스팅에 필요한 전하의 플럿과 시간 대 디스플레이 패널을 통과하는 전류의 플럿으로부터 시간 대 이온 전위의 합의 플럿을 얻는 단계를 포함한다.
본 발명의 검출 방법에서, 상기 액정 전류 측정법을 이용하여 액정층의 이온 전위 및 배향막의 이온 전위의 합을 얻고, 또 상기 위상차 측정 방법을 이용하여 액정층의 이온 전위와 배향막의 이온 전위 사이의 차를 얻어, 상기 액정층과 배향막 물질의 이온 전위를 각각 산출하여 얻어 이들의 개별 영향을 이해할 수 있다. 이와 같이, 상기 액정 디스플레이 패널의 이온 특성이 모니터링될 수 있어, 제조자들이 저주파 동작에 적합한 액정 디스플레이 패널을 변형하게 허용한다.
도 1a는 본 발명의 시험예에 사용된 액정 디스플레이 패널의 개략도를 도시한다.
도 1b는 본 발명의 시험예에 사용된 액정 디스플레이 패널에서 이온 작용의 개략도를 도시한다.
도 2a는 본 발명의 시험예에 사용된 액정 전류 측정 시스템의 개략도를 도시한다.
도 2b는 본 발명의 시험예에 사용된 액정 전류 측정 시스템의 동량회로(equivalent circuit) 도식을 도시한다.
도 3a는 본 발명의 시험예에 사용된 위상차 측정 시스템의 개략도를 도시한다.
도 3b는 본 발명의 시험예에 따른 디스플레이 패널에서 생성된 위상차의 개략도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 시험예에 따른 전압 대 액정 위상차의 플럿을 도시한다.
도 5는 본 발명의 시험예에 따른 시간 대 액정 위상차의 플럿을 도시한다.
도 6은 본 발명의 시험예에 따른 시간 대 이온 전위차의 플럿을 도시한다.
도 7은 본 발명의 시험예에 따른 전압 대 액정 커패시턴스의 플럿을 도시한다.
도 8은 본 발명의 시험예에 따른 시간 대 액정 커패시턴스의 플럿을 도시한다.
도 9는 본 발명의 시험예에 따른 시간 대 액정 분자들 트위스팅에 필요한 전하의 플럿을 도시한다.
도 10은 본 발명의 시험예에 따른 시간 대 디스플레이 패널을 통과하는 전류의 플럿을 도시한다.
도 11은 본 발명의 시험예에 따른 시간 대 디스플레이 패널을 통과하는 전하의 플럿을 도시한다.
도 12는 본 발명의 시험예에 따른 시간 대 이온 전위의 합의 플럿을 도시한다.
도 13은 본 발명의 비교예에 따른 시간 대 이온 전위차의 플럿을 도시한다.
도 14는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시간 대 액정 및 배양막의 이온 전위 및 이온 전위들의 플럿을 도시한다.
도 15는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 시간 대 위상차의 플럿을 도시한다.
도 16은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 액정 디스플레이 패널의 개략도를 도시한다.
도 17은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 액정 디스플레이 패널에서 생성된 위상차의 개략도를 도시한다.
이후, 실시예는 본 발명의 예를 설명하기 위해 제공된다. 본 발명의 다른 이점과 효과는 본 발명의 개시내용으로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 발명에서는 다른 다양한 관점도 또한 실시되거나 적용될 수 있으며, 또 다양한 개념과 용도를 기본으로 하는 본 발명의 정신으로부터 벗어나지 않는 한 다양한 변형과 변이가 행해질 수 있다.
시험예
도 1a는 본 시험예에 사용된 액정 디스플레이 패널의 개략도를 도시한다. 본 시험예에 사용된 액정 디스플레이 패널은 제1 기판(11); 상기 제1 기판(11)에 대향하게 배치된 제2 기판(15); 상기 제1 기판(11)과 제2 기판(15) 사이에 배치된 제1 전극(111); 상기 제1 기판(11)과 제2 기판(15) 사이에 배치된 제2 전극(151), 상기 제1 전극(111) 및 제2 전극(151)은 상이한 전위를 가짐; 상기 제1 전극(111)과 제2 전극(151) 사이에 배치된 제1 배향막(12); 및 상기 제1 기판(11)과 제2 기판(15) 사이에 배치된 액정층(13)을 포함한다. 상기 제1 전극(111) 및 제2 전극(151)은 패턴화된 전극들일 수 있다. 또한, 본 시험예에 사용된 액정 디스플레이 패널은 상기 제1 기판(11)과 제2 기판(15) 사이에 배치되고 또 제1 배향막(12)에 대향되는 제2 배향막(14)을 더 포함하고, 또 상기 액정층(13)은 상기 제1 배향막(12)과 제2 배향막(14) 사이에 배치된다. 본 시험예에 사용된 액정 디스플레이 패널에서, 상기 제1 기판(11) 상의 제1 전극(111) 및 상기 제2 기판(15) 상의 제2 전극(151)은 서로 대향되게 배치되고, 또 따라서, 본 시험예에 사용된 액정 디스플레이 패널은 트위스티드 배향 (TN) 액정 디스플레이 패널이다.
도 1b는 본 발명의 시험예에 사용된 액정 디스플레이 패널에서 이온 작용의 개략도를 도시한다. 동작 전압(E)이 액정 디스플레이 패널에 인가되면, 상기 제1 전극(111)과 제2 전극(151) 사이에 전위차가 생성되고, 또 상기 액정층(13)의 액정 분자들(131)은 상기 제1 전극(111)과 제2 전극(151) 사이에서 생성된 전계(E)에 의해 회전된다. 한편, 상기 제1 배향막(12), 액정층(13) 및 제2 배향막(14)의 양전하(양으로 하전된 이온)은 음극(negative electrode)을 향하여 이동하는 반면에, 그의 음전하(음으로 하전된 이온)는 양극(positive electrode)을 향하여 이동한다. 상기 액정층(13)과 제1 배향막(12) 사이 및 상기 액정층(13)과 제2 배향막(14) 사이의 계면들에 있는 전하들은 서로 균형을 이룰 것이며, 또 결국 내부 전계로 잔류할 것이다. 상기 배향막이 더 많은 이온을 가지면, 네트 이온 전계는 외부 전계와 동일 방향을 갖고, 또 상기 액정층이 더 많은 이온을 가지면, 네트 이온 전계는 외부 전계와 대향 방향을 갖는다. 이러한 내부 전계는, 특히 저주파 전압하에서 동작될 때, 액정 분자들(131)의 회전 특성과 액정층(13)의 광학 위상에 영향을 줄 것이다. 여기서, 도 1b에 도시된 액정 분자들(131)은 예시적 목적으로만 제공되며 또 상기 액정 분자들을 양성 또는 음성형 액정에 한정되지 않음을 이해해야 한다.
따라서, 본 시험예에서 상기 제1 배향막(12), 액정 분자들(131) 및 제2 배향막(14)에 의해 생성된 이온 전위를 검출하기 위하여, 상기 액정 전류 측정법 및 상기 위상차 측정 방법을 각각 이용하여 전압을 인가한 후 배향막들(제1 배향막(12) 및 제2 배향막(14) 포함) 및 액정 분자들(131)에 의해 생성된 이온 전위를 측정한다.
도 2a 및 2b는 본 시험예에 사용된 액정 전류 측정 시스템의 동량회로 도식의 개략도를 도시한다. 본 시험예에 사용된 액정 측정 시스템은 신호 발생기(21), 반도체 분석기(22) 및 데이터 프로세서(23)를 포함한다. 상기 신호 발생기(21)는 본 시험예에 사용된 액정 디스플레이 패널(1)에 전기적으로 연결되고, 또 전압을 상기 액정 디스플레이 패널(1)에 인가한다. 또한, 상기 반도체 분석기(22)는 액정 디스플레이 패널(1)에 전기적으로 연결된다. 여기서, 상기 반도체 분석기(22)는Agilent 4155C이지만, 반도체 분석기(22)가 10-9A 내지 10-12A의 전류를 검출할 수 있는 한 본 발명은 그에 한정되지 않는다.
도 3a는 본 시험예에 사용된 위상차 측정 시스템의 개략도를 도시한다. 본 시험에 사용된 위상차 측정 시스템은 헤테로다인 간섭계(31), 신호 발생기(32), 편광기(33), 위상 레코더(34), 계수기들(35, 36), 차동 증폭기(37) 및 데이터 프로세서(38)를 포함하고, 상기 헤테로다인 간섭계(31)는 레이저 장치(311), 커터-웨이브 플레이트(QWP)(312), 빔 스플리팅 유닛(313), 편광기(314) 및 위상 레코더(315)를 포함한다. 여기서, 상기 레이저 장치(311)에 의해 방출된 레이저 광은 화살표로 표시된 방향을 따라 전달되고, 또 본 시험예에 사용된 액정 디스플레이 패널(1) 및 편광기(33)를 통하여 통과한다. 또한, 상기 신호 발생기(32)는 전기 패널 액정 디스플레이(1)에 또한 전기적으로 연결되어 전압을 액정 디스플레이 패널(1)에 인가한다. 이 시험예에서, 상기 헤테로다인 간섭계(31)는 Agilent 5519A이고, 또 상기 레이저 장치(311)는 633 nm의 파장 및 2.4 MHz의 주파수 차를 갖는 Zeeman 레이저 광을 적용한다. 그러나, 본 발명은 그에 한정되지 않는다. 이 시험예에서, 좌형(left-handed) 및 우형(right-handed) 편광된 광을 갖는 레이저 장치(311)에 의해 적용된 상기 Zeeman 레이저 광원은 커터-웨이브 플레이트(312)에 의해 위상 보유되어 도 3b에 도시된 바와 같이, 편광 방향이 서로 수직하는 2개의 선형으로 편광된 광빔을 형성하며, ω1 및 ω2는 정상 광선(ordinary ray)(실선 화살표로 표시) 및 비정상 광선(extraordinary ray)(점선 화살표로 표시)의 주파수를 각각 나타내고, 또 그들 사이의 주파수 차는 2.4 MHz이다. 광빔은 빔 스플리팅 유닛(313)을 통하여 통과한 후 2개로 나뉘며, 상기 반사된 광은 편광판(314)을 통과할 것이며 또 위상 레코더(315)에 의해 수신되어 기준 신호로 작용한다; 한편 투과된 광은 액정 디스플레이 패널(1)을 통하여 통과하여 위상차를 초래한 다음, 편광판(33)을 통과하여, 위상 레코더(34)에 의해 수신되어 시험 신호로 작용한다. 상기 액정 디스플레이 패널(1)을 통하여 수직 선형적으로 편광된 광빔에 의해 생성된 위상차는 도 3b에 도시된다. 상기 액정은 복굴절 특성을 보유하기 때문에, 광이 액정 디스플레이 패널(1)을 통과하면, 정상 광 및 비정상 광은 상이한 위상차(φ1 및 φ2)를 각각 가질 수 있다. 편광기들(314, 33)을 통하여 통과하는 광은 상기 위상 레코더들(315,34)에 의해 수신되어 기준 신호 및 시험 신호의 광 세기를 측정한다. 이어, 상기 광 세기는 겹쳐져서 상기 기준 신호와 시험 신호 사이의 위상차를 산출한다(φ = Δn xd, 식 중 Δn은 정상 광과 비정상 광 사이의 굴절 계수에서의 차를 지칭하고, 또 d는 액정 디스플레이 패널(1) 중의 액정층의 두께이다).
이어, 본 시험예에서 사용된 위상 측정 방법은 상세하게 기재될 것이다. 먼저 도 3a의 위상차 측정 시스템에 도시된 바와 같이, 60 Hz 이상 및 5000 Hz 이하의 동작 주파수를 갖는 전압이 액정 디스플레이 패널(1)에 인가되어, 전압 대 액정 위상차의 플럿(Δ위상 대 전압)을 얻는다. 이 시험예에서, 1000 Hz의 구형파를 갖는 0V 내지 10V의 전압을 액정 디스플레이 패널(1)에 적용하여, 도 4에 도시된 바와 같이 전압 대 액정 위상차의 플럿을 얻는다. 여기서, 인가된 고주파 전압을 이용하여 액정 디스플레이 패널의 위상차를 측정할 때, 배향막 및 액정 분자들 중의 이온들은 주파수 스위칭 속도를 지속하지 않을 수 있고, 또 따라서 액정층의 위상차에 기여하지 않을 수 있다. 따라서, 도 4는 인가된 전압 대 이온 영향을 갖지 않는 액정 위상차의 플럿으로 간주될 수 있다. 도 4의 곡선 중의 최대 기울기는 인가 전압 약 3V에서 표시되고, 여기서 상기 액정 분자들은 최대 위상차 변이를 가졌다. 따라서, 인가 전압 3V를 후속 측정에 적용한다.
이어, 도 3a에 도시된 바와 같이 상기 위상차 측정 시스템을 다시 적용하여, 0 Hz 초과 및 10 Hz 미만의 동작 주파수를 갖는 전압을 액정 디스플레이 패널(1)에 인가하여 시간 대 액정 위상차의 플럿(Δ위상 대 시간)을 얻는다. 이 시험예에서, 0.1 Hz의 구형파를 갖는 전압 3V를 액정 디스플레이 패널(1)에 적용하여, 도 5에 도시된 바와 같이 시간 대 액정 위상차의 플럿을 얻는다. 여기서, 저주파 인가된 전압을 사용하여 액정 디스플레이 패널의 위상차를 측정하면, 상기 배향막 및 액정 분자들 중의 이온들은 인가된 전압을 증강시킬 수 있고 또 액정층의 광학 위상차에 기여한다. 그와 같이, 도 5는 이온 영향을 받은, 인가 전압 대 액정 위상차의 플럿으로 간주될 수 있다.
이어, 도 4의 전압 대 액정 위상차의 플럿을 도 5의 시간 대 액정 위상차의 플럿과 비교하여, 도 6에 도시된 바와 같이 시간 대 이온 전위차의 플럿(Δ전압 대 시간)을 얻는다. 예컨대, 3번째 초에서 위상차가 약 92 nm이고, 또 92 nm는 도 4를 참조하여 약 3.11V의 전압에 상응한다. 도 5 중의 시간 대 액정 위상차의 측정을 위한 전압이 3V이기 때문에, 도 5에서, 3번째 초에서 위상차가 약 92 nm일 때, 이온에 기인한 전위차는 0.11V이므로, 도 6 중의 3번째 초에서 0.11V의 이온 전위차를 갖는 데이터 포인트를 나타냄을 알 수 있다. 그와 같이, 본 시험예에서 도 6 중의 시간 대 이온 전위차의 플럿은 각 시점에서 이온에 기인한 전위차를 산출하는 것에 의해 얻어진다. 액정층의 광학 위상차에 영향을 주는 전계는 제1 배향막과 제2 배향막 사이의 계면에서 균형잡힌 전하에 의해 얻어진 전계이기 때문에, 도 6중의 시간 대 이온 전위차(B)의 플럿은 하기 방정식(2)으로 표시될 수 있다:
B = Vion_PI(1/2N) - Vion_LC(1/2N) (2)
식 중, 0.1≤N≤30, Vion_LC(1/2N)는 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위를 지칭하고, 또 Vion_PI(1/2N)는 1/2N 시간에서 배향막의 이온 전위에 상응한다.
액정 커패시턴스의 유전 상수는 저주파에서 전압, 주파수 및 온도의 변이에 따라 다양할 수 있기 때문에, 상기 액정 커패시턴스는 상술한 위상차 측정 방법을 이용하여 측정될 수 없다. 따라서, 이 시험예에서, 전체 액정층의 커패시턴스 및 전류는 도 2a에 도시된 바와 같은 액정 전류 측정 시스템에 의해 측정된다. 상기 액정 분자들의 회전은 이들의 유전 상수를 변경할 수 있고, 또 그 결과, 액정 분자들의 회전 영향을 보상하는데 더 많은 전하가 필요하다. 따라서, 측정된 커패시턴스 및 전류는 배향막 및 액정 분자들의 이온 및 액정 분자들의 회전에 의해 유발된 커패시턴스 및 전류의 합이다.
먼저, 도 2a에 도시된 액정 전류 측정 시스템을 이용하여 60 Hz 이상 및 5000 Hz 이하의 동작 주파수를 갖는 전압을 액정 디스플레이 패널(1)에 인가하여, 전압 대 액정 커패시턴스의 플럿(커패시턴스 대 전압)을 얻는다. 이 시험예에서, 1000 Hz의 구형파를 갖는 0V 내지 5V의 전압을 액정 디스플레이 패널(1)에 적용하여, 도 7에 도시된 바와 같은 전압 대 액정 커패시턴스의 플럿을 얻는다. 여기서, 고주파에서 이온 특성은 무시될 수 있기 때문에, 수평축의 전압은 액정 전류 측정 시스템에 의해 제공된 전압이다.
이어, 도 6의 시간 대 이온 전위차의 플럿을 도 7의 시간 대 액정 커패시턴스의 플럿과 비교하여, 도 8에 도시된 바와 같은 시간 대 액정 커패시턴스의 플럿 (ΔC 대 시간)을 얻는다. 예를 들어, 첫번째 초에서 이온 전위차는 약 0.065V이다. 도 6에서 이온 전위차는 3V에서 얻어지기 때문에, 도 7의 액정 커패시턴스와 비교할 때, 3+0.065V의 액정 커패시턴스는 1037 x 10-12F의 커패시턴스에 상응하므로, 도 8에서 첫번째 초에서 1037 x 10-12F의 액정 커패시턴스를 갖는 데이터 포인트를 나타낸다. 그 결과, 본 시험예에서 도 8 중의 시간 대 액정 커패시턴스의 플럿은 각 시간 포인트에서 액정 커패시턴스를 계산하는 것에 의해 얻어진다.
이어, 도 8 중의 시간 대 액정 커패시턴스의 플럿을 도 6의 시간 대 이온 전위차의 플럿과 비교하여, 하기 방정식(5)를 통하여, 도 9에 도시된 바와 같이, 시간 대 액정 분자들을 트위스팅하는데 필요한 전하의 플럿(ΔQLC_deform)을 얻는다:
ΔQLC_deform = ΔCLC x ΔV (5)
식 중, ΔV는 도 6에 도시된 바와 같이 3V에서 각 상응하는 시간에서 초당 이온 전위차의 변이를 지칭하고, 또 ΔCLC는 각 시간 포인트와 그 시간 포인트 이전의 1초 사이의 커패시턴스 차를 지칭한다. 예를 들어, 도 6에서, 첫번째 초에서 이온 전위차는 약 0.065V인 반면에, 도 8에서, 첫번째 초 및 0번째 초 사이의 커패시턴스 차는 15 x 10-12F ((1037-1022) x 10-12F)이므로, 방정식(5)에 따른 0.975 x 10-12C의 ΔQLC_deform를 나타낸다. 각 시간 포인트에서 커패시턴스 변이와 전위차의 곱을 산출하는 것에 의해, 이 시험예에서 도 9의 시간 대 액정 분자들 트위스팅에 필요한 전하의 플럿(ΔQLC_deform)이 얻어진다.
이어, 도 2a에 도시된 상기 액정 전류 측정 시스템을 이용하여 시간 대 액정 위상차의 플럿을 측정하기 위해 이용된 동일 전압 신호, 즉, 0 Hz 초과 및 10 Hz 미만의 주파수를 갖는 전압을 갖는 액정 디스플레이 패널(1)을 통하여 흐르는 전체 전류(integral current)를 측정한다. 이 시험예에서, 0.1 Hz의 구형파를 갖는 전압을 액정 디스플레이 패널(1)에 적용하여, 도 10의 시간 대 디스플레이 패널을 통하여 통과하는 전류의 플럿을 얻은 다음, 전류의 시간 적분하여, 도 11에 도시된 바와 같이, 시간 대 디스플레이 패널을 통하여 통과하는 전하의 플럿을 얻는다. 여기서, 도 11에서 얻어진 디스플레이 패널을 통하여 통과하는 전하는 배향막 및 액정 분자들의 이온 및 액정 분자들의 회전에 의해 유발된 전하의 합이다. 따라서, 도 11 중의 전하에서 도 9중의 액정 분자들 트위스팅에 필요한 전하를 뺀 합은 배향막과 액정 분자들의 이온에 의해 유발된 전하의 합과 동일하며, 이는 디바이 모델(Debye Model)에 의해 저주파에서 동등 커패시턴스로 전환된다. 그와 같이, 배향막과 액정 분자들의 이온에 의해 유발된 전하의 합은 배향막과 액정 분자들의 이온에 의해 유발된 이온 전위의 합으로 전환되며, 도 12는 시간 대 이온 전위의 합의 플럿을 도시하며, 이는 하기 방정식(1)으로 표시될 수 있다:
A = Vion_PI (1/2N) + Vion_LC (1/2N) (1)
식 중, 0.1≤N≤30, Vion_LC (1/2N)은 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위를 지칭하고, 또 Vion_PI (1/2N)은 1/2N 시간에서 제1 배향막의 이온 전위를 지칭한다.
마지막으로, 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위 및 1/2N 시간에서 배향막의 이온 전위의 합(A)은 방정식(1)에 의해 얻어지고; 또 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위와 1/2N 시간에서 배향막의 이온 전위 사이의 차(B)는 방정식(2)에 의해 얻어진다. 또한, 1/2N 시간에서 배향막의 이온 전위(Vion_PI) 및 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위(Vion_LC)는 하기 방정식(3) 및 (4)를 통하여 얻어진다:
Vion_PI (1/2N) = (A + B)/2 (3)
Vion_LC (1/2N) = (A - B)/2 (4)
비교예
본 비교예에 사용된 액정 디스플레이 패널은 도 1a에 도시된 시험예에서와 동일한 구조를 갖는다. 본 비교예에서, 상기 액정 디스플레이 패널은 8ms TN 액정 및 낮은 임피던스를 갖는 배향막을 적용하였다. 시험예에서와 동일한 검출 방법을 통하여, 25℃의 검출 환경에서, 시간 대 이온 전위차, 이온 전위 합계, 액정 이온 전위 및 배향막 이온 전위의 플럿은 도 13에 도시된 바와 같이 얻어질 수 있다. 도 13에서, 방정식(1)으로 표시된 곡선은 시간 대 액정층 및 배향막의 이온 전위의 합의 곡선을 지칭하고, 방정식(2)으로 표시된 곡선은 시간 대 액정층과 배향막 사이의 이온 전위차의 곡선을 지칭하며, 방정식(3)으로 표시된 곡선은 시간 대 배향막의 이온 전위의 곡선을 지칭하고, 또 방정식(4)으로 표시된 곡선은 시간 대 액정층의 이온 전위의 곡선을 지칭한다. 도 13에 도시된 바와 같이, 방정식(3) 및 (4)으로 표시된 곡선은 서로 중첩되지 않아, 액정층의 이온 및 배향막의 이온은 서로 균형을 이룰 수 없음을 나타낸다. 이는 비교예의 액정 디스플레이 패널이 저주파수에서 동작될 때 플리커가 생길 수 있음을 나타낸다.
실시예
본 실시예에 사용된 액정 디스플레이 패널은 도 1a에 도시된 바와 같이 시험예에서와 동일하다. 본 실시예에서, 상기 액정 디스플레이 패널은 8ms TN 액정 및 높은 임피던스를 갖는 배향막을 적용하였다. 시험예에서와 동일한 검출 방법을 통하여, 25℃의 검출 환경에서, 시간 대 이온 전위차, 이온 전위 합계, 액정 이온 전위 및 배향막 이온 전위의 플럿은 도 14에 도시된 바와 같이 얻어질 수 있다. 도 14에서, 방정식(1)으로 표시된 곡선은 시간 대 액정층 및 배향막의 이온 전위의 합의 곡선을 지칭하고, 방정식(2)으로 표시된 곡선은 시간 대 액정층과 배향막 사이의 이온 차의 곡선을 지칭하며, 방정식(3)으로 표시된 곡선은 시간 대 배향막의 이온 전위의 곡선을 지칭하고, 또 방정식(4)으로 표시된 곡선은 시간 대 액정층의 이온 전위의 곡선을 지칭한다. 도 14에 도시된 바와 같이, 방정식(3) 및 (4)으로 표시된 곡선들은 서로 실질적으로 중첩되므로, 액정층의 이온과 배향막의 이온은 서로 균형을 이룰 수 있음을 나타낸다. 이는 본 실시예의 액정 디스플레이 패널이 저주파에서 동작될 때 플리커가 생기지 않음을 나타낸다.
특히, 본 발명의 액정 디스플레이 패널이 작업 주파수 N Hz에서 동작할 때, 상기 액정층 및 제1 배향막의 이온 전위는 하기 방정식(I)을 만족한다:
Figure 112015080174482-pat00002
(I)
식 중에서, 0.1≤N≤30, Vion_LC (1/2N)은 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위를 지칭하고, 또 Vion_PI(1/2N)은 1/2N 시간에서 제1 배향막의 이온 전위를 지칭한다. 본 실시예에서, 상기 액정 디스플레이 패널이 0.1 Hz의 작업 주파수에서 동작되면,
Figure 112015080174482-pat00003
는 약 0이다.
다른 실시예에서,
Figure 112015080174482-pat00004
는 0 내지 0.3 범위(0 이상 및 0.3 이하)이다.
전체 위상차는 도 3에 도시된 바와 같은 위상차 측정 시스템에 의해 25℃의 검출 환경, 0.1 Hz의 주파수를 갖는 1.8V의 검출 전압에서 측정되어, 도 15에 도시된 바와 같은 시간 대 위상차의 플럿을 얻는다. 도 15에 도시된 바와 같이, 본 실시예의 액정 디스플레이 패널은 저주파수에서 동작되며, 상기 위상차는 현저히 변화하지 않는데, 이는 본 실시예의 액정 디스플레이 패널에서 플리커가 생기지 않음을 나타낸다.
요컨대, 본 발명은 액정 또는 배향막의 개별 영향을 효과적으로 모니터링하기 위한 검출 방법을 제공하며, 그를 통하여 액정층 및 배향막의 적합한 재료가 선택될 수 있어 패널에 대한 이온 영향을 최소화한다. 특히, 본 발명의 검출 방법에 의해 설계되고 이용되는 상기 액정층 및 배향막의 적합한 재료는 상술한 방정식(I)을 만족하고, 또 따라서 저주파수에서 전력 절감 동작으로, 액정층 분자들 및 배향막의 이온에 의해 생성된 전계로 인하여 패널의 광 투과에서 변화를 피할 수 있으므로, 액정 디스플레이 패널의 플리커를 방지할 수 있다.
도 16은 본 발명의 다른 바람직한 실시예에 따른 액정 디스플레이 패널의 개략도를 도시하며, 이는 액정 디스플레이 패널이 수평 배향(In-Plane-Switching, IPS)) 액정 디스플레이 패널인 것을 제외하고는 상술한 실시예와 실질적으로 동일하다. 본 실시예에서, 상기 제1 전극(111) 및 제2 전극(151)은 상기 제1 기판(11) 상에 배치되고, 또 제1 배향막(12)은 상기 제1 전극(111) 및 제2 전극(151) 상에 제공된다, 즉, 제1 배향막(12)은 상기 제1 전극(111)과 제2 전극(151) 사이에 배치된다. 동작 전압이 상기 제1 전극(111)과 제2 전극(151)에 인가되어 전위차를 제공하면, 상기 액정층(13)의 액정 분자들(131)은 상기 제1 전극(111)과 제2 전극(151) 사이에서 생성된 전계(E)에 의해 회전되고, 또 상기 액정층(13) 및 상이한 전위를 갖는 상기 제1 전극(111)과 제2 전극(151) 사이의 제1 배향막(12)의 이온들은 상기 전계에 의해 또한 영향을 받아 액정 회전에 영향을 주므로, 디스플레이 품질에 영향을 준다. 이온들의 이동은 도 17에 도시되며, 상기 액정 분자들(131)은 예시적 목적으로 제공된 것이며 액정 분자들을 양성형 또는 음성형 액정에 한정하려는 것이 아니다. 따라서, 본 실시예에서, 상기 액정층과 배향막의 이온 전위는 상기 방정식(I)의 조건에 맞게 설계되어, 저주파 동작시 액정 디스플레이 패널의 플리커를 피한다.
본 발명의 상술한 실시예에 의해 제조된 디스플레이 패널은 모니터, 휴대폰, 노트북 컴퓨터, 캠코더, 카메라, 음악 플레이터, 모바일 내비게이션 장치, 텔레비젼 등과 같은 디스플레이 스크린을 필요로 하는 통상의 전자 장치에 적용될 수 있다.
본 발명은 그의 바람직한 실시양태를 들어 설명하였으나, 이후에 특허청구된 본 발명의 정신과 범위로부터 벗어나지 않고도 다수의 다른 변형과 변이가 행해질 수 있음을 이해되어야 한다.

Claims (10)

  1. 제1 기판;
    상기 제1 기판에 대향되게 배치된 제2 기판;
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 제1 전극;
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 제2 전극;
    상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 제1 배향막; 및
    상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 액정층을 포함하고,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 상이한 전위를 가지며,
    액정 디스플레이 패널의 작업 주파수가 N Hz이면, 상기 액정층 및 제1 배향막의 이온 전위는 하기 방정식(I)을 만족하는 액정 디스플레이 패널:
    Figure 112015080174482-pat00005
    (I)
    식 중에서, 0.1≤N≤30, Vion_LC (1/2N)은 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위를 지칭하고, Vion_PI(1/2N)은 1/2N 시간에서 제1 배향막의 이온 전위를 지칭함.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 제1 기판 상에 배치되는 액정 디스플레이 패널.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 제1 기판 상에 배치되고, 상기 제2 전극은 상기 제2 기판 상에 배치되는 액정 디스플레이 패널.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되고 상기 제1 배향막에 대향하는 제2 배향막을 더 포함하고, 상기 액정층은 상기 제1 배향막과 제2 배향막 사이에 배치되는 액정 디스플레이 패널.
  5. 제1 기판, 상기 제1 기판에 대향되게 배치된 제2 기판, 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 제1 전극, 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 제2 전극, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치된 제1 배향막, 및 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 액정층을 포함하며, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상이한 전위를 갖는 액정 디스플레이 패널을 제공하는 단계;
    액정 전류 측정법에 의해 액정 디스플레이 패널을 측정하여, 하기 방정식(1)에 나타낸 바와 같이, 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위 및 1/2N 시간에서 상기 제1 배향막의 이온 전위의 합(A)을 얻는 단계;
    위상차 측정법에 의해 액정 디스플레이 패널을 측정하여, 하기 방정식(2)에 나타낸 바와 같이, 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위와 1/2N 시간에서 상기 제1 배향막의 이온 전위 사이의 차(B)를 얻는 단계;
    A = Vion_PI (1/2N) + Vion_LC (1/2N) (1)
    B = Vion_PI (1/2N) - Vion_LC (1/2N) (2)
    식 중, 액정 디스플레이 패널의 작업 주파수는 N Hz이며, 0.1≤N≤30, Vion_LC(1/2N)은 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위를 지칭하고, Vion_PI(1/2N)은 1/2N 시간에서 상기 제1 배향막의 이온 전위를 지칭함; 및
    하기 방정식(3) 및 방정식(4)을 통하여 1/2N 시간에서 상기 제1 배향막의 이온 전위 및 1/2N 시간에서 액정층의 이온 전위를 얻는 단계:
    Vion_PI(1/2N) = (A + B)/2 (3)
    Vion_LC (1/2N) = (A - B)/2 (4)
    를 포함하는, 액정 디스플레이 패널 중의 액정층과 배향막 사이의 이온에 의해 생성된 전위의 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서, 이온 전위 사이의 차를 얻기 위하여 액정 디스플레이 패널을 측정하는 위상차 측정 방법은,
    60 Hz 이상 및 5000 Hz 이하의 동작 주파수를 갖는 전압을 액정 디스플레이 패널에 인가하여, 전압 대 액정 위상차의 플럿을 얻는 단계;
    0 Hz 초과 및 10 Hz 미만의 동작 주파수를 갖는 전압을 액정 디스플레이 패널에 인가하여, 시간 대 액정 위상차의 플럿을 얻는 단계; 및
    상기 전압 대 액정 위상차의 플럿을 시간 대 액정 위상차의 플럿을 비교하여, 시간 대 이온 전위차의 플럿을 얻는 단계를 포함하는, 액정 디스플레이 패널 중의 액정층과 배향막 사이의 이온에 의해 생성된 전위의 검출 방법.
  7. 제6항에 있어서, 이온 전위의 합을 얻기 위하여 액정 디스플레이 패널을 측정하기 위한 액정 전류 측정법은,
    60 Hz 이상 및 5000 Hz 이하의 동작 주파수를 갖는 전압을 액정 디스플레이 패널에 인가하여, 전압 대 액정 커패시턴스의 플럿을 얻는 단계;
    시간 대 이온 전위차의 플럿과 전압 대 액정 커패시턴스의 플럿으로부터 시간 대 액정 커패시턴스의 플럿을 얻는 단계;
    시간 대 액정 커패시턴스의 플럿과 시간 대 이온 전위차의 플럿으로부터 시간 대 액정 분자들 트위스팅에 필요한 전하의 플럿을 얻는 단계; 및
    시간 대 액정 분자들 트위스팅에 필요한 전하의 플럿 및 시간 대 디스플레이 패널을 통과하는 전류의 플럿으로부터 시간 대 이온 전위의 합의 플럿을 얻는 단계를 포함하는, 액정 디스플레이 패널 중의 액정층과 배향막 사이의 이온에 의해 생성된 전위의 검출 방법.
  8. 제5항에 있어서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 제1 기판 상에 배치되는, 액정 디스플레이 패널 중의 액정층과 배향막 사이의 이온에 의해 생성된 전위의 검출 방법.
  9. 제5항에 있어서, 상기 제1 전극은 상기 제1 기판 상에 배치되고, 상기 제2 전극은 제2 기판 상에 배치되는, 액정 디스플레이 패널 중의 액정층과 배향막 사이의 이온에 의해 생성된 전위의 검출 방법.
  10. 제5항에 있어서, 상기 제1 전극과 제2 전극 사이에 배치되고 상기 제1 배향막에 대향하는 제2 배향막을 더 포함하고, 상기 액정층은 상기 제1 배향막과 제2 배향막 사이에 배치되는, 액정 디스플레이 패널 중의 액정층과 배향막 사이의 이온에 의해 생성된 전위의 검출 방법.
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