KR19980039460A - 강유전성 액정표시패널 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

구조적 설계를 통하여 중간색(gray scale)을 구현하는 강유전성 액정표시패널에 관하여 개시한다. 이 강유전성 액정표시패널은, 액정이 주입되는 폐쇄공간을 형성하도록 상호 대향되게 설치된 상부기판 및 하부기판과, 상부기판과 하부기판의 상호 대향되는 면에 각각 소정의 패턴으로 형성된 전극층과, 전극층이 형성된 상부기판과 하부기판의 상면에 액정분자를 소정의 방향으로 배향시키기 위해 각각 형성된 배향막과, 상부기판과 하부기판이 소정의 간격을 유지하도록 형성된 복수개의 격벽과, 복수개의 격벽에 각각 형성되어 상호 작용하여 수평방향을 전장을 인가하는 전극물질층을 구비한다. 이러한 강유전성 액정표시패널은 액정에 가해지는 전기장의 방향을 조절함으로써 중간색을 구현하는 방법을 취하므로, 실제 액정표시패널을 제작함에 있어서 신뢰성의 확보가 크게 용이해진다는 이점이 있다.

Description

강유전성 액정표시패널 및 그 제조방법

본 발명은 강유전성 액정표시패널 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더 상세하게는 패널의 구조적 설계를 통하여 중간색(gray scale)을 구현하는 강유전성 액정표시패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.

액정표시소자는 액체와 고체의 중간 상태인 액정(Liquid Crystal)이라는 물질을 이용하여, 전압과 온도의 변화에 따라 빛을 투과 또는 차단시켜 명암을 제어함으로써 원하는 형상을 표시하는 장치이다. 이와 같은 액정표시소자는 저소비전력, 박형 및 소형화의 장점이 있어서 널리 사용되고 있으며, 여러 액정 중 강유전성 액정은 기존의 TN(twisted nematic), STN(super twisted nematic) 액정에 비해 수십 또는 수백 마이크로세크(μs)의 매우 빠른 응담속도와 넓은 광 시야각을 가져 주목받고 있다. 그러아 완전 칼라 실현이라는 해결과재를 가지고 있다.

도 1은 종래 액정표시소자의 구성을 개략적으로 나타내 보인 측단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래 액정표시패널(10)은 상,하부에 마련되어 전체적인 하우징을 형성하는 상,하부 유리기판(11a)(11b)과, 상,하부 유리기판(11a)(11b)의 내면에 각각 마련되며 하우징 내부에 채워진 액정(15)에 전류를 공급하기 위한 ITO(Indium Tin Oxide) 상,하부 전극(12a)(12b)과, 상기 액정(15)의 배향을 유도하기 위한 상,하부 배향막(13a)(13b)과, 상기 상,하부 유리기판(11a)(11b) 사이에 마련되어 액정(15)이 채워질 수 있는 소정 공간을 확보하는 한편 상,하부 유리기판(11a)(11b)의 맞대향 방향의 압력에 대항하기 위한 스페이서 부재(16)와, 상,하부 유리기판(11a)(11b)의 접합 측면을 막음으로써 하나의 완전한 밀폐 공간을 가지는 하우징 형성을 가능하게 하는 씰링부재(17)와, 상기 상하부 유리기판(11a,11b)의 외측면에 설치되어 주사되는 빛을 편광시키는 상부편광판(14a) 및 하부편광판(14b)으로 구성되어 있다.

상기와 같은 구성을 가진 강유전성 액정표시소자의 패널에 있어서, 기본적인 구동 원리는 외부의 전압인가 여부에 따라 액정(15)의 배열이 변화하며, 전압 인가시 이러한 액정층에 입사되는 광이 차단 및 투과되는 성질을 이용하는 것이다.

액정표시패널의 투명 전극(12a,12b)에 전압을 인가하면, 강유전성 액정층에 전계가 형성되고, 강유전성 액정층에 형성된 전계에 의해 강유전성 액정(15)이 갖는 자발분극에 의해 일정한 방향으로 정렬되며, 액정의 정렬 양상에 따라 표시소자의 액정층 내부로 유입되는 광이 차단 또는 투과되어 화상을 표시한다.

다시 말하면 액정표시소자는 광의 이방성과 액정의 전기 신호에 의한 단방향으로의 결정구조의 변화를 이용하여 문자 등 화상을 표시하는 것이다. 즉 액정표시패널에 조사되는 광은 편광판(14a,14b)에 의해 일방향성 광으로 되고, 전기 신호에 의해 일방향으로 정열된 강유전성 액정을 통과함에 따라, 그 일방향성 광이 강유전성 액정이 배열된 방향에 따라 투과 또는 비투과됨으로써, 문자 등의 화상표시가 가능해진다.

이와 같이 종래의 표면안정화된 강유전성 액정표시패널(SSFLC; surface stability FLC)은 단지 두 상태만 안정한 bistability를 가져 on-off의 두 상태만을 가질 수 있으므로, 중간색의 구현이 어렵다는 문제점이 있었다. 따라서 이를 개선하여 중간색을 구현하기 위하여, 종래부터 회로적 접근과 구조적 접근을 취하는 방법이 사용되어 왔다. 그러나 회로적으로만 중간색을 구현하기에는 그 한계가 있어서, 주로 액정표시패널의 구조를 개선하여 중간색을 구현하는 방법이 사용된다.

도 3은 이와같은 중간색을 구현하기 위하여 구조적 접근을 취한 종래의 액정표시패널을 개략적으로 도시한 것이다.

도 3a의 강유전성 액정표시패널(20)은 하부기판(23b)에 형성되는 종래의 투명전극 대신에 TaN과 같은 고저항 박막을 사용하여 하부전극(21b)을 형성한 후, 이의 상부에 금속전극(22)을 패터닝하여 설치한다. 이러한 액정표시패널은 셀갭(상부기판(23a)과 하부기판(23b) 사이의 액정이 위치하는 공간이 차지하는 거리)내의 전기장 기울기(A)를 형성시킴으로써 구동 가능전압을 얻는 영역에서만 구동되어 중간색을 구현한다.

도 3b의 강유전성 액정표시패널(30)은 하부기판(33b)에 형성되는 전극(31b)에 계단을 형성시켜, 상기 계단의 각 부위별로 셀갭을 변화시켜 이에 따른 전기장의 변화에 의하여 중간색을 구현하는 방법이다.

도 3c의 강유전성 액정표시패널(40)은 하부기판(43b)에 형성되는 전극(41b)의 표면에 기울기를 주어, 연속적으로 셀갭을 변화시켜 이에 따른 전기장 변화에 의하여 중간색을 구현하는 방법이다.

도면의 설명되지 않은 부호 25a,25b, 35a,35b, 45a,45b 는 각각 상부편광판과 하부편광판을 나타낸 것이다.

이와같이 중간색을 구현하기 위한 종래의 강유전성 액정표시패널은 그 구조상 셀갭을 변화시켜야 하므로(도 3b,도 3c), 공정이 복잡해지고 셀갭 변화에 따른 색상 변화가 발생하며 넓은 면적에서의 색상의 균일성 문제 등이 발생한다. 또한 전극으로서 고저항 박막을 사용하는 경우는(도 3a), 고저항 박막의 넓은 면적에서의 전기적 특성의 균일성 구현의 어려움 및 광투과도 저하 등의 문제점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로서, 패널의 내부구조는 바꾸지 않고 액정에 평행 전기장을 형성하도록 그 구조가 개선된 강유전성 액정표시패널 및 액정표시패널의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

도 1은 통상적인 액정표시패널의 개략적 단면도,

도 2는 중간색을 구현하기 위하여 사용된 종래의 액정표시패널의 개략적 단면도,

도 3은 본 발명에 따른 강유전성 액정표시패널의 개략적 단면도,

도 4는 도 3의 강유전성 액정표시패널의 중간색을 구현하는 작용 상태를 도시한 사시도,

도 5는 본 발명에 따른 강유전성 액정표시패널의 제조방법의 각 공정을 순차적으로 도시한 작업 개념도이다.

도면의주요부분에대한부호의설명

61a,81a...상부기판 61b,81b...하부기판

62a,62b,82a,82b...전극층 63a,63b,83a,83b...배향막

64a...상부편광판 64b...하부편광판

65...액정 66...실링부재

70,89...격벽 71,88...전극물질층

72,87...접착제

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 강유전성 액정표시패널은, 액정이 주입되는 폐쇄공간을 형성하도록 상호 대향되게 설치된 상부기판 및 하부기판과, 상기 상부기판과 하부기판의 상호 대향되는 면에 각각 소정의 패턴으로 형성된 전극층과, 전극층이 형성된 상기 상부기판과 하부기판의 상면에 액정분자를 소정의 방향으로 배향시키기 위해 각각 형성된 배향막과, 상기 상부기판과 하부기판이 소정의 간격을 유지하도록 형성된 복수개의 격벽과, 상기 복수개의 격벽에 각각 형성되어 상호 작용하여 수평방향을 전장을 인가하는 복수개의 전극물질층을 구비하여 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 격벽은 하부기판상의 비전극층 부위에 형성된 것이 바람직하다.

상기 복수개의 전극물질층은 하부기판으로부터 동일한 높이에 위치하도록 상기 격벽의 단부에 형성되는 것이 바람직하다.

상기 전극물질층과 상부기판의 사이에 접착제층이 개재된 것이 바람직하다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 강유전성 액정표시패널 제조방법은, 하부기판상에 소정의 패턴으로 하부전극층을 형성하는 제1 단계와, 상기 하부기판상의 비전극층에 절연체로 이루어진 격벽층을 형성하는 제2 단계와, 상기 격벽층의 상면에 전극물질층을 형성하는 제3 단계와, 상기 하부전극층 상면에 배향막을 형성하는 제4 단계와, 상부기판상에 소정의 패턴으로 상부전극층과 배향막을 순차적으로 형성하는 제5 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 제2 단계와 제3 단계는, 상기 하부기판상의 전부분에 절연물질을 도포하는 단계와, 상기 격벽층의 상면 전부분에 전극물질층을 도포하는 단계와, 상기 절연물질과 전극물질층을 소정의 패턴으로 패터닝하는 단계와, 상기 절연물질과 전극물질층을 에칭하여 전극층 상부의 절연물질과 전극물질층을 식각하는 단계를 포함하여 구성된 것이 바람직하다.

상기 제4 단계와 제5 단계의 사이에, 상기 상부기판과 하부기판이 결합되도록 전극물질층의 상부에 접착제를 프린팅하는 단계를 더 포함하여 구성된 것이 바람직하다.

이하에서 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 강유전성 액정표시패널 및 액정표시패널 제조방법의 바람직한 실시예를 상세히 설명한다.

도 3은 본 발명에 따른 강유전성 액정표시패널의 실시예를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도면을 참조하면 본 실시예에 따른 강유전성 액정표시패널(60)은, 액정(65)이 주입되는 폐쇄공간을 형성하도록 상호 대향되게 설치된 상부기판(61a) 및 하부기판(61b)과, 상부기판(61a)과 하부기판(61b)의 상호 대향되는 면에 각각 소정의 패턴으로 형성된 전극층(62a,62b)과, 전극층(62a,62b)이 형성된 상기 상부기판(61a)과 하부기판(61b)의 상면에 액정분자를 소정의 방향으로 배향시키기 위해 각각 형성된 배향막(63a,63b)과, 상기 상부기판(61a)과 하부기판(61b)의 하면에 각각 부착되어 액정(65)으로 조사되는 광을 편광시키는 상부편광판(64a) 및 하부편광판(64b)과, 상기 상부기판(61a)과 하부기판(61b)이 소정의 간격을 유지하도록 상하부기판(61a,61b) 사이에 설치된 복수개의 격벽(70)과, 상기 복수개의 격벽(70)에 각각 형성되고 서로 접속되어 수평방향의 전장을 인가하는 복수개의 전극물질층(71)을 구비한다.

그리고 상기 전극물질층(71)의 상면에는 접착제(72)가 도포되고, 상,하부 기판(61a)(61b)의 접합 측면을 막음으로써, 하나의 완전한 밀폐 공간을 가지는 하우징 형성을 가능하게 하는 씰링부재(66)가 구비된다.

상기 격벽(70)은 하부기판(61b)상의 비전극층부위(전극층(62b)이 형성되지 않은 부분)에 형성되므로, 스페이서를 대신하여 셀갭을 유지시킬 수 있을 뿐만 아니라 종래에 비하여 콘트라스트(contrast)를 증가시킬 수 있다.

그리고 상기 복수개의 전극물질층(71)은 격벽(70)의 단부에 형성되는데, 셀갭상에서 하부기판(61a)으로부터 대략 동일한 높이에 위치하도록 한다. 이 복수개의 전극물질층(71)은 소정의 회로에 의하여 연결되어, 액정(75)에 수평전장이 인가된다. 또한 상기 전극물질층(71)의 상면에 도포된 접착제(72)에 의하여 상부기판(61a)이 부착된다.

한편 상기 격벽(70)은 전극층(62)과 전극물질층(71)을 서로 절연시키도록 절연체를 사용하여 만들어지는데, 특히 이산화규소(실리카;SiO2)로 주로 사용된다. 그리고 상기 전극물질층은 알루미늄(Al), 구리(Cu) 등의 금속을 사용하여 만들어지는 것이 바람직하다.

이하에서 상기와 같은 구성을 구비한 강유전성 액정표시패널의 작용을 도 4를 참조로하여 설명한다.

도 4는 본 도 3의 강유전성 액정표시패널(60)의 작용상태를 도시한 것이다.

강유전성 액정은 분자길이 방향에 수직방향으로 자발분극을 가지며, 이 자발분극은 외부에서 인가하는 전기장의 방향으로 정렬되어지는 특성을 가진다. 따라서 전기장 방향을 변경하면 두 방향 중 어느 한 방향으로 액정을 배열할 수 있어 광원의 스위칭이 가능하다. 종래의 강유전성 액정표시패널은 수직방향의 전기장(E1)만을 가지고 있으나, 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 액정표시패널(60)은 수직방향의 전기장(E1) 이외에 상기 전극물질층(71)에 의하여 수평방향의 전기장(E2)을 인가할 수 있다. 따라서 P1 방향으로 배열되었던 액정(65)이 격벽(70)면 부분부터 P2 방향으로 콘(cone)상을 회전하게 된다. 이러한 액정의 작용에 의하여 액정을 투과하는 광의 광투과도 정도가 조절되고, 액정표시패널의 중간색의 구현이 가능해진다.

이하에서 본 발명에 따른 강유전성 액정표시패널의 제조방법의 실시예를 도 5를 참조하면서 설명한다.

먼저 글래스로 만들어진 하부기판(81b)상에 소정의 패턴으로 하부전극층(82b)을 형성한다. 이 과정은 도 5a에서와 같이 하부기판(81a)에 투명전극(82b)을 전면 도포하고, 도 5b에서와 같이 투명전극(82b)위에 포토 레지스터(90)를 도포한 다음에, 소정의 패턴을 가지는 마스크(91)를 이용하여 상기 투명전극을 노광하여 패턴닝한다. 그리고 상기 노광부를 식각하여 전극층(82b)이 소정의 패턴으로 형성한다.

그 다음에 상기 하부기판(81b)상의 비전극층(전극층(82b)이 형성되지 않은 부분)에 절연체로 이루어진 격벽층(89)을 적층하여 형성하고, 상기 격벽층(89)의 상면에 전극물질층(88)을 적층 형성한다.

이를 위하여 먼저 도 5c에서 보는 바와 같이 상기 하부기판상(81b)의 전부분에 절연물질(89)을 전면 도포하고, 상기 절연물질(89)의 상면 전부분에 전극물질층(88)을 전면 도포한다.

그리고 도 5d에서와 같이 상기 절연물질(89)과 전극물질층(88)을 소정의 패턴으로 패터닝하기 위하여, 포토 레지스터(92)를 전면 도포하고 마스크(93)를 이용하여 상기 절연물질(89)과 전극물질층(88)을 노광한다. 이 때 사용되는 상기 마스크(93)는 상기 전극층(82b) 형성시에 사용된 마스크(91)와 대향되는 형상을 가지므로, 상기 전극층(82b)의 비노광부에 대응하는 부분이 노광된다.

그리고 도 5e에서와 보는 바와 같이, 전극층(81b) 상부에 도포된 절연물질(89)과 전극물질층(88)을 식각하여. 격벽(89) 및 전극물질층(88)이 소정의 패턴으로 형성된다. 이에 의하여 만들어진 전극물질층(88)은 격벽(89)에 의하여 상기 전극층(82b)과 절연되고, 상부기판과 하부기판 사이의 액정에 수평 전극을 인가할 수 있다.

그리고 도 5f에서 보는 바와 같이, 상기 하부전극층(82b) 상면에 배향막(83b)을 형성하고, 상기 상부기판(81a)과 하부기판(81b)이 용이하게 결합되도록 전극물질층(88)의 상부에 접착제(89)를 프린팅한다.

그 다음에 도 5g에서 보는 바와 같이, 상부기판(81a)상에 소정의 패턴으로 상부전극층(82a)과 배향막(83a)을 순차적으로 형성한다. 그리고 상기 상부기판(81a)과 하부기판(81b)을 서로 대향되게 결합하여, 그 내부에 폐쇄공간이 형성되도록 한다.

이 폐쇄공간에 액정을 주입하고, 상기 상부기판(81a)과 하부기판(81b)의 외측면에 상부편광판 및 하부편광판이 부착되면, 본 발명에 따른 강유전성 액정표시패널이 완성된다.

한편 도시되지 않았으나, 셀갭(상부기판(81a)과 하부기판(81b) 사이의 액정이 주입되는 공간)에서 수평전장이 형성되도록, 상기 복수개의 전극물질층(88)이 소정의 구동회로(공지의 수단)에 의하여 서로 접속되는 단계가 포함될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 기술적 보호 범위는 청구된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야한 할 것이다.

이상의 설명에서와 같이 본 발명에 따른 강유전성 액정표시패널 및 액정표시패널 제조방법은 다음과 같은 이점을 가진다.

첫째, 액정의 중간색 구현에 있어서 종래의 픽셀의 내부구조를 변경하는 방법과는 달리, 액정에 가해지는 전기장의 방향을 조절함으로써 중간색을 구현하는 방법을 취하므로 실제 액정표시패널을 제작함에 있어서 신뢰성의 확보가 크게 용이해진다.

둘째, 수평 전기장을 인가하기 위하여 비전극층 부위에 형성된 격벽이 셀갭을 유지하기 위한 종래의 스페이서를 대체할 수 있어서, 고 콘트라스트의 액정표시패널을 제공할 수 있다.

Claims (8)

1. 액정이 주입되는 폐쇄공간을 형성하도록 상호 대향되게 설치된 상부기판 및 하부기판과,

   상기 상부기판과 하부기판의 상호 대향되는 면에 각각 소정의 패턴으로 형성된 전극층과,

   전극층이 형성된 상기 상부기판과 하부기판의 상면에 액정분자를 소정의 방향으로 배향시키기 위해 각각 형성된 배향막과,

   상기 상부기판과 하부기판이 소정의 간격을 유지하도록 형성된 복수개의 격벽과,

   상기 복수개의 격벽에 각각 형성되어 상호 작용하여 수평방향을 전장을 인가하는 전극물질층을 구비하여 구성된 것을 특징으로 하는 강유전성 액정표시패널.
2. 제1항에 있어서,

   상기 격벽은 하부기판상의 비전극층 부위에 형성된 것을 특징으로 하는 강유전성 액정표시패널.
3. 제2항에 있어서,

   상기 복수개의 전극물질층은 하부기판으로터 동일한 높이에 위치하도록 상기 격벽의 단부에 형성되는 것을 특징으로 하는 강유전성 액정표시패널.
4. 제3항에 있어서,

   상기 전극물질층과 상부기판 사이에 접착제층이 개재된 것을 특징으로 하는 강유전성 액정표시패널.
5. 제1항에 있어서,

   서로 대향하여 수평전극을 인가하는 상기 전극물질층은 상호 전극물질층층에 대하여 노출되게 설치된 것을 특징으로 하는 강유전성 액정표시패널.
6. 하부기판상에 소정의 패턴으로 하부전극층을 형성하는 제1 단계와,

   상기 하부기판상의 비전극층에 절연체로 이루어진 격벽층을 형성하는 제2 단계와,

   상기 격벽층의 상면에 전극물질층을 형성하는 제3 단계와,

   상기 하부전극층 상면에 배향막을 형성하는 제4 단계와,

   상부기판상에 소정의 패턴으로 상부전극층과 배향막을 순차적으로 형성하는 제5 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 강유전성 액정표시패널 제조방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 제2 단계와 제3 단계는,

   상기 하부기판상의 전부분에 절연물질을 도포하는 단계와,

   상기 격벽층의 상면 전부분에 전극물질층을 도포하는 단계와,

   상기 절연물질과 전극물질층을 소정의 패턴으로 패터닝하는 단계와,

   상기 절연물질과 전극물질층을 에칭하여 전극층 상부의 절연물질과 전극물질층을 식각하는 단계를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 강유전성 액정표시패널 제조방법.
8. 제6항에 있어서,

   상기 제4 단계와 제5 단계의 사이에,

   상기 상부기판과 하부기판이 결합되도록 상기 전극물질층의 상부에 접착제를 프린팅하는 단계를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 강유전성 액정표시패널 제조방법.