KR19990004371A - 액정 표시 장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 VA(vertically- aligned) 모드의 시야각 특성을 개선할 수 있는 액정 표시 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은, 화소 전극이 매트릭스 상태로 배열된 하부 기판, 상기 하부 기판과 대향되는 상부 기판, 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 개재된 액정, 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판, 하부 기판 및 상부 기판의 뒷면에서 설치되고 입사되는 빛을 편향시키는 한 쌍의 편광판을 포함하며, 전계 무인가시 액정 분자가 수직으로 배향되는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 액정내에는 개개의 화소 전극으로 구성되는 단위셀을 구분하도록, 격자 형상의 고분자 벽이 형성되고, 상기 액정의 분자들을 전계 인가시 상기 고분자벽으로 둘러싸여진 부분 각각에서, 중앙을 기준으로 소용돌이 형태로 배열됨과 아울러, 상·하부가 꼬인 상태를 갖도록 배열되는 것을 특징으로 한다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조방법
본 발명은 액정 표시 장치 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 VA(vertically-aigned) 모드의 시야각 특성을 개선할 수 있는 액정 표시 장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 VA 모드의 액정 표시 장치는, TN(twist nemetic) 모드의 액정 표시 장치의 좁은 시야각 문제와, IPS(in-plane switching) 모드의 낮은 리스펀스 타임(response time) 및 저 밝기(brightness) 특성을 개선하기 위하여 제안된 모드이다.
이 VA 모드의 액정 표시 장치는, 전계가 인가되기 이전에는 액정 분자가 상·하 절연 기판에 대하여 수직으로 배열되어 있으며, 전계가 인가되었을때에는 기판에 대하여 수직 방향으로 눕게 된다. 따라서, IPS 모드에서와 같이, 액정 분자가 누워있는 채로 방향을 바꾸는 속도에 비하여 빠른 리스펀스 타임을 갖고, 비교적 높은 콘트라스트 비를 갖으며, 시야각이 넓다는 장점을 지닌다.
여기서, 종래의 VA 모드의 액정 표시 장치의 단면이 도 1A 및 도 1B에 도시되어 있다.
도 1A는 VA 모드의 액정 표시 장치에 전계를 인가하지 않은 상태의 액정 표시 장치의 단면도로서, 도 1A에 도시된 바와 같이, 대향하는 상·하부 기판(1,5)의 대향면에는 수직 배향제(2)가 형성되어 있다. 여기서, 하부 기판(1)상에는 도면에 도시되지는 않았지만, 화소 전극과, 화소를 선택적으로 구동시키기 위한 박막 트랜지스터가 액티브 매트릭스 상태로 배열되어 있다. 상부 기판(5)에는 도면에 도시되지 않았지만, RGB 컬러 필터와, 이 컬러필터간을 분리하는 블랙 매트릭스가 형성되어 있다.
이 상·하부 기판(1,5) 사이에는 액정(6) 바람직하게는, 유전율 이방성이 음인 액정이 개재되어 있으며, 이 액정의 분자(6A)는 전계가 인가되지 않을 경우에는, 수직 배향제(2)의 영향에 의하여, 상·하부 기판(1,5)에 수직으로 배향된다.
편광판(7A,7B)는 상·하부 기판(1,5)의 뒷면에 구비되고, 서로 직교되는 방향으로 빛을 편광시킨다.
이러한 경우, VA 모드의 액정 표시 장치는 액정 분자(6A)들이 기판에 대하여 수직으로 배열되고, 빛을 편향시키는 상·하부 편광판(7A,7B)이 직교하는 방향을 가지므로, 화면은 완전한 블랙(black)을 띠게 된다. 따라서, 콘트라스트 비가 높아진다.
한편, 이 VA 모드의 액정 표시 장치에 전계를 인가하게 되면, 도 1B에 도시된 바와 같이, 액정 분자(6A)들은 기판(1,5)에 수직인 방향에서 수평한 방향으로 동작하게 된다.
그러면, 편광판(7A,7B)을 통하여 입사된 빛이 누설되어, 화면은 화이트(white)릍 띄게 된다.
그러나, 전술한 VA의 모드는 다음과 같은 단점을 지닌다.
일반적으로 컬러 액정 표시 소자는 화이트와 블랙간의 구간을 소정개 예를들어 64개로 분할하여 컬러화를 실현한다. 이를 그레이 스케일(gray scale)이라 하며, 이렇게 화이트와 블랙 구간을 64개로 분할하여, 64개의 색상을 실현하기 위하여는 블랙모드인 0V부터 화이트 모드인 수 볼트까지 전압(예를들어 5V)간을 64구간으로 분할한다음, 그 해당하는 전압을 인가한다.
이때, 액정 분자가 틸트되는 정도는 전압이 인가 범위에 따라 달라지게 된다.
즉, 블랙과 화이트의 중간색을 나타내고자 할 경우에는 도 1C와 같이, 화이트 모드의 전압의 2분의 1V를 인가하고, 이에 따라 액정 분자가 약 45도 각도 정도 틸트됨에 의하여 중간색을 나타낸다.
그러나, 소정 전압의 인가로 인하여 액정 분자가 틸트되면, 도 1C에 도시된 바와같이, X 방향에서 볼때에는 액정 분자의 단축을 보게되고, X' 방향에서 볼때에는 액정 분자의 장축을 보게 되어, 시야각이 협소하여 지는 문제점이 발생된다.
따라서, 본 발명의 목적은 VA 모드 액정 표시 장치의 시야각을 개선시키기 위하여, 단위셀 마다의 액정 분자를 소용돌이 형태로 배열시키므로서, 시야각 개선 및 전계 오프시 광 누설을 방지할 수 있는 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 액정 표시 장치의 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1A 내지 1C는 종래의 VA 모드 액정 표시 장치를 설명하기 위한 단면도.
도 2A는 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 분해 사시도.
도 2B는 도 2A의 한 화소에 해당하는 액정셀을 확대하여 나타낸 사시도.
도 2C는 도 2B를 c-c'선으로 절단하여 나타낸 단면도.
도 2D는 d-d' 선으로 절단하여 나타낸 단면도.
도 2E는 e-e'선으로 절단하여 나타낸 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조방법을 설명하기 위한 도면.
도 4는 본 발명에 이용되는 광보상 필름을 이루는 액정 분자를 나타낸 도면.
도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
11 : 하부 기판 11a : 화소 전극
12 : 수직 배향제 15 : 상부 기판
20 : 액정 20-1 : 단위 액정셀
20-2 : 고분자 벽 20-3 : 액정 분자
21 : 마스크 패턴
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 화소 전극이 매트릭스 상태로 배열된 하부 기판, 상기 하부 기판과 대향되는 상부 기판, 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 개재된 액정, 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판, 하부 기판 및 상부 기판의 뒷면에서 설치되고 입사되는 빛을 편향시키는 한 쌍의 편광판을 포함하며, 전계 무인가시 액정 분자가 수직으로 배향되는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 액정내에는 개개의 화소 전극으로 구성되는 단위셀을 구분하도록, 격자 형상의 고분자 벽이 형성되고, 상기 액정의 분자들을 전계 인가시 상기 고분자벽으로 둘러싸여진 부분 각각에서, 중앙을 기준으로 소용돌이 형태로 배열됨과 아울러, 상·하부가 꼬인 상태를 갖도록 배열되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조방법은, 화소 전극 및 화소 전극을 선택적 구동시키기 위한 액티브 소자가 매트릭스 형태로 배열되며 전면에 액정 분자를 수직으로 배향하기 위한 제 1 수직 배향제가 형성된 하부 기판, 화소 전극과 대응되는 위치에 형성되는 컬러 필터와, 컬러 필터간을 구분짓는 블랙 매트릭스가 형성되며, 전면에 제 2 수직 배향제가 형성된 상부 기판을 제공하는 단계; 상기 하부 기판과 상부 기판을 상기 화소 전극이 형성된 면과, 컬러 필터가 형성된 면이 대향하도록 합착하는 단계; 상기 하부 기판과 상부 기판사이에 액정을 주입하는 단계; 및 상기 액정내에 각각의 화소 전극간을 구분하도록 고분자 벽을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, VA 모드의 액정 표시 장치에 단위 액정셀을 구분하는 고분자 벽을 형성하여, 전계의 인가시, 액정 분자가 소용돌이 형태로 배열되도록 한다.
이로써, 액정 표시 장치 어느면으로 보나 광 경로차를 같게 하므로써, 액정 표시 장치의 시야각 특성이 개선된다.
[실시예]
이하 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 자세히 설명하도록 한다.
첨부한 도면 도 2A는 본 발명의 액정 표시 소자의 분해 사시도이고, 도 2B는 도 2A의 한 화소에 해당하는 단위 액정셀을 확대하여 나타낸 사시도이며, 도 2C는 도 2B를 c-c'선으로 절단하여 나타낸 단면도, 도 2D는 d-d' 선으로 절단하여 나타낸 단면도이고, 도 2E는 e-e'선으로 절단하여 나타낸 단면도이다. 또한, 도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 본 발명에 이용되는 광보상 필름을 이루는 액정 분자를 나타낸 도면이다.
본 발명의 실시예에서는 종래의 VA 모드의 액정 표시 소자의 좌우 시야각 차이를 개선하기 위한 기술로서, 전계인가시 단위셀내의 액정 분자들을 중앙의 축을 중심으로 좌우 대칭됨과 아울러, 소용돌이 형태로 배열되도록 한다. 이를 ASM(axially symmetric microcell) 모드라 하며, 액정 분자들을 배열시키기 위하여는 개개의 화소즉, 단위 액정셀 부분을 둘러싸도록 액정내에 고분자벽이 형성된다.
도 2A를 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구성을 살펴보면, 하부 기판(11)과, 상부 기판(15) 사이의 대향면에는 액정셀(20)이 구비되어 있으며, 하부 기판(11)과 상부 기판(15)의 뒷면 각각에는 입사 또는 출사하는 빛을 특정 방향으로 편향시키기 위한 상·하부 편광판(17A,17B)이 구비되어 진다. 이 한 쌍의 편광판(17A,17B)은 편광되는 방향이 크로스(cross)된다.
여기서, 하부 기판(11)에는 도면에 도시되지는 않았지만, 화소 전극(도시되지 않음)과, 화소 전극을 선택적으로 구동시키기 위한 박막 트랜지스터(도시되지 않음)가 매트릭스 상태로 배열되어 있다. 한편, 대향하는 상부 기판에는 하부의 화소 전극과 대응되도록 R, G, B 컬러 필터(도시되지 않음)가 구비되어 있으며, 이 개개의 컬러 필터를 분할·한정하도록, 컬러필터는 블랙 매트릭스(도시되지 않음)에 의하여 둘러싸여 있다.
상부 기판(15)과 상부 편광판(17A) 사이 및 하부 기판(11)과 하부 편광판(17B) 사이에는 액정을 구성하는 분자들(도시되지 않음)의 광 경로차를 취소화할 수 있도록 하는 광 보상 필름(16A,16B)이 개재될 수 있다. 상기 광보상 필름(16A,16B)은, 실린더 형상 즉, 높이가, 반경보다 긴 액정 분자의 이방성을 최소화하기 위하여, 도 4에 도시된 바와 같이, 반경에 비하여 높이가 상대적으로 짧은(nx=nynz) 디스크(disk) 타입의 액정을 경화시킨 필름이 이용된다. 이와같은 광 보상 필름(16A,16B)을 개재하면, 실린더 타입의 액정 분자들이 디스크 타입의 액정 분자들에 의하여 높이(nz)가 보상되므로, 액정 분자들이 등방성으로 보이게 된다. 따라서, 광보상 필름(16A,16B)을 사용하게 되면, 전계의 무인가시 완전한 블랙 모드를 실현하게 된다.
또한, 하부 기판(11)과, 상부 기판(15) 사이의 대향면 각각에는 전계가 인가되지 않을때, 기판에 수직인 방향으로 액정 분자들을 배향시키기 위한 수직 배향제(도시되지 않음)가 형성되어 있다.
여기서, 상기 액정(20)에는 개개의 화소 즉, 단위 액정셀(20-1 : 이하 단위셀)을 경계·분리되도록 격자 형태의 고분자 벽(20-2)이 형성된다. 이 고분자 벽(20-2)가 형성됨에 의하여, 단위셀(20-1)상의 액정 분자들(20-3)은 전계 인가시, 소용돌이 형태로 배열된다. 더불어, 고분자 벽(20-2)은 액정 분자들(20-3)을 안정적으로 배열시키는 역할을 한다.
이때, 고분자 벽(20-2)은 전술한 바와 같이, 화소 전극을 둘러싸도록 설치되고, 한편 상기 상부 기판(15)에 설치된 블랙 매트릭스(도시되지 않음)는 상기 화소 전극과 대응하는 컬러필터를 둘러싸도록 형성되어 있으므로, 고분자 벽(20-2)과 블랙 매트릭스는 설치 위치는 상이하지만, 형상은 유사하게 된다.
도 2B는 상기 고분자 벽(20-2)에 의하여 분리되어진 단위 화소에 해당하는 단위셀(20-1)이 도시되어져 있다.
도 2B에 도시된 바와 같이, 단위 액정셀내의 액정 분자(20-3)들은 중심축(Y축)을 기준으로 하여, 소용돌이 형태로, 좌우 대칭적으로 배향된다. 이와같이 소용돌이의 형태로 액정 분자들이 동심원을 그리며 배열되는 것은, 상술한 바와 같이, 고분자 벽(20-2 : 도 2A 참조)을 격자 형태로 형성함에 의하여 가능하여 진다. 여기서, 액정셀의 A면에서 볼 경우에는 액정 분자(20-3)가 소용돌이 형태로 배열되어 있는 한편, B면에서 볼 경우에는 액정 분자(20-3)들이 상하로 꼬여있는 상태를 취한다.
이에 대하여 보다 구체적으로 설명하자면, 단위 액정셀의 상부를 보여주는 도 2C와, 단위 액정셀의 중간 부위를 보여주는 도 2D와, 단위 액정셀의 하부를 보여주는 도 2E를 비교하여 볼때, 액정 분자(20-3)들은 소용돌이 형상을 취하되, 상하로 꼬임을 갖으므로서, 전계 인가시 광 누설이 용이하게 발생되며, 어느면에서 보나 동일한 시야각을 취하게 되어, 시야각 특성이 개선된다.
도 3은 상기와 같은 구성을 갖는 액정 표시 장치의 제조방법을 설명하기 위한 액정 표시 장치의 사시도이다.
도 3을 참조하여, 공지의 방식에 의하여, 박막 트랜지스터(도시되지 않음)와 화소 전극(11a)이 매트릭스 상태로 형성된 하부 기판(11)과, 컬러필터(도시되지 않음) 및 컬러필터간을 분할하는 블랙 매트릭스가 형성된 상부 기판(15)이 준비된다. 이 하부 기판(11)과, 상부 기판(15) 각각에는 이후에 개재될 액정의 분자들이 기판 표면으로 부터 80 내지 90°정도의 초기 틸트각을 갖으며 배향되도록 수직 배향제(12)가 공자의 방식으로 도포된다.
그후, 하부 기판(11)과 상부 기판(15)을 합착시킨후, 하부 기판(11)과 상부 기판(15)사이에 본 발명에 따른 액정(20)을 주입한다. 여기서, 본 발명의 액정(20)에는 유전율 이방성이 음인 액정에 과분자 모노머(polymer monomer)가 소정량만큼 혼합되어 있다.
이어서, 상부 기판(15)의 뒷면에는, 화소 전극(11a) 부분과 대응되는 위치에 마스크 패턴(21)이 형성된다. 즉, 단위 액정셀의 가장자리 부분(상부 기판의 블랙 매트릭스 부분)이 노출되도록 마스크 패턴(21)이 형성된다.
그후, 상부 기판(15) 전면에 고분자 벽을 형성하기 위한 자외선을 조사한다.
그러면, 액정(20)에는 자외선에 의하여 경화되는 과분자 모노머가 믹싱되어 있으므로, 마스크 패턴(21)에 의하여 마스킹 되지 않은 부분이 고분자화된다.(상기 도 2A참조).
그런다음, 상기 마스크 패턴(21)은 공지의 방식으로 제거된다음, 도 2A에서와 같이하부 기판(11)과, 상부 기판(15)의 뒷면에 광보상 필름(16A,16B)과, 편광판(17A,17B)이 각각 부착되어, 액정 표시 장치가 완성된다.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, VA 모드의 액정 표시 장치에 단위 액정셀을 구분하도록 고분자 벽을 형성하여, 전계의 인가시, 액정 분자가 소용돌이 형태로 배열되도록 한다. 이로써, 액정 표시 장치 어느면으로 보나 시야각이 차이가 없으므로, 액정 표시 장치의 시야각 특성이 개선된다.
더불어, 액정 표시 장치의 상·하부 기판 뒷면에 액정 분자를 등방성으로 보이게 하는 광보상 필름이 구비되어 있어, 전계 무인가시 광 누설 없이 완전한 블랙 모드를 구현할 수 있어, 콘트라스트 비가 한층 더 개선된다.

Claims (11)

  1. 화소 전극이 매트릭스 상태로 배열된 하부 기판, 상기 하부 기판과 대향되는 상부 기판, 상기 하부 기판과 상부 기판 사이에 개재된 액정, 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판, 하부 기판 및 상부 기판의 뒷면에서 설치되고 입사되는 빛을 편향시키는 한 쌍의 편광판을 포함하며, 전계 무인가시 액정 분자가 수직으로 배향되는 액정 표시 장치에 있어서, 상기 상·하부 기판 사이에 개개의 화소 전극을 구획하는 고분자벽이 격자 형상으로 형성된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 액정은 자외선 경화성 액정인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 편광판과 기판 사이에 광보상 필름을 개재하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  4. 제 3 항에 있어서, 상기 광보상 필름은 원통 형상으로, 반경에 비하여 높이가 짧은 디스크(disk) 타입의 액정인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 액정의 분자들은 전계 인가시 상기 고분자벽으로 둘러싸여진 부분 각각에서, 중앙을 기준으로 소용돌이 형태로 배열됨과 아울러, 액정 분자들이 트위스트되도록을 배열되는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 하부 기판과 상부 기판의 대향면 각각에 전계의 무인가시 액정 분자들을 기판에 대하여 수직으로 배열하기 위한 수직 배향제가 더 구비된 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치.
  7. 화소 전극 및 화소 전극을 선택적 구동시키기 위한 액티브 소자가 매트릭스 형태로 배열되며 전면에 액정 분자를 수직으로 배향하기 위한 제 1 수직 배향제가 형성된 하부 기판과, 화소 전극과 대응되는 위치에 형성되는 컬러 필터와, 컬러 필터간을 구분짓는 블랙 매트릭스가 형성되며, 전면에 제 2 수직 배향제가 형성된 상부 기판을 제공하는 단계; 상기 하부 기판과 상부 기판을 상기 화소 전극이 형성된 면과, 컬러 필터가 형성된 면이 대향하도록 합착하는 단계; 상기 하부 기판과 상부 기판사이에 액정을 주입하는 단계; 및 상기 액정내에 각각의 화소 전극간을 구분하도록 고분자 벽을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
  8. 제 7 항에 있어서, 상기 액정은 자외선 경화성 액정인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서, 상기 액정은 유전율 이방성이 음인 액정과, 고분자 모노머의 혼합물인 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치의 제조방법.
  10. 제 7 항에 있어서, 상기 고분자 벽을 형성하는 단계는, 상기 각 화소 전극과 대응되는 상기 상부 기판의 뒷면에 마스크 패턴을 형성하는 단계; 상기 노출된 부분에 UV를 조사하여, 노출된 부분의 액정을 경화시키어 고분자 벽을 형성하는 단계; 상기 마스크 패턴을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 장치 제조방법.
  11. 제 7 항 또는 제 10 항에 있어서, 상기 마스크 패턴은 상기 상부 기판의 블랙 매트릭스가 형성된 부분이 노출되도록 형성하는 것을 특징으로 액정 표시 장치의 제조방법.
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