KR20020027007A - 액정표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서 특히, 액정표시장치의 광배향막을 형성하기 위한 광배향 물질에 첨가제를 첨가하여 광반응성을 증가시킴으로써 광안정성의 향상과 잔상(image sticking) 개선을 이룰 수 있도록 한 액정표시장치에 관한 것이다.

특히 본 발명은 액정표시장치의 배향막을 형성할 때, 광안정성의 개선과 잔상개선을 위하여 광배향 물질에 소정의 첨가제로서, benzotrilazol계, acrylate계, UV epoxy계, silane계 등을 이용해서 배향막을 형성함으로써, 광안정성을 개선하고, 광배향막의 가교 반응도를 높여서 잔상개선의 효과를 확보할 수 있도록 한 액정표시장치를 제안한다.

Description

액정표시장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로서 특히, 액정표시장치의 광배향막을 형성하기 위한 광배향 물질에 첨가제를 첨가하여 광반응성을 증가시킴으로써 광안정성의 향상과 잔상(image sticking) 개선을 이룰 수 있도록 한 액정표시장치에 관한 것이다.

특히 본 발명은 액정표시장치의 배향막을 형성할 때, 광안정성의 개선과 잔상개선을 위하여 광배향 물질에 소정의 첨가제로서, benzotrilazol계, acrylate계, UV epoxy계, silane계 등을 이용해서 배향막을 형성함으로써, 광안정성을 개선하고, 광배향막의 가교 반응도를 높여서 잔상개선의 효과를 확보할 수 있도록 한 액정표시장치에 관한 것이다.

액정표시장치는 예를 들면 제1도에 나타낸 바와 같이 투명기판(11 및 12)이 셀갭(cell gap)을 유지하기 위한 스페이서(도면에 도시되지 않음)에 의하여 액정(13)이 주입될 수 있는 소정의 간격을 두고 서로 대향하여 설치되어 있고, 액정(13)은 시일재(14)에 의해서 봉합되어 있다.

그리고, 한쪽의 투명기판(11)의 내면에 화소전극(15)이 복수개 형성되어 있고, 상기 각 화소전극(15)에는 스위칭소자로 기능하는 박막 트랜지스터(16)가 형성되며, 화소전극(15)위에는 배향막이 형성되어 있다.

여기서, 상기 박막 트랜지스터의 드레인전극이 화소전극에 접속되는 부분이 된다.

한편, 상기 복수개의 화소전극(15)과 대향해서 다른 한쪽의 투명기판(12)의 내면에 투명한 공통전극(17)이 형성되어 있고 이 공통전극(17) 위에도 배향막이 형성되어 있다.

도2는 상술한 바와 같이 이루어지는 액정표시장치를 구동회로와 함께 표현하고 있다.

즉, 액정 표시장치는 액정패널(20)과 상기 액정패널을 구동할 수 있는 주사선 구동회로(21) 및 신호선 구동회로(22)로 구성되어 있다.

상기 액정패널(20)은 기판에 복수개의 주사선(23)과 복수개의 신호선(24)이 매트릭스 형태로 교차하여 설치되어 있고, 그 교차부에는 박막 트랜지스터(16)와 화소가 설치된 구조로 되어 있다.

그리고, 상기 주사선 구동회로(21)는 상기 박막 트랜지스터의 게이트에 온(on)신호를 인가하는 주사신호를 상기 주사선에 순차적으로 인가하고, 상기 신호선 구동회로(22)는 상기 주사신호에 의해 구동된 박막 트랜지스터(16)를 통하여 영상신호가 화소에 전달될 수 있도록 영상신호를 신호선에 인가한다.

상기 액정표시장치는 상기 주사선 구동회로(21)에서 주사신호를 상기 액정패널(20)의 주사선(23)에 순차적으로 인가해서 상기 주사신호를 인가받은 상기 주사선에 연결된 모든 박막 트랜지스터(16)가 도통하게(on) 되면, 상기 액정패널(20)의 신호선(24)에 인가된 신호가 상기 도통된 박막 트랜지스터(16)의 소스와 드레인을 통하여 화소로 전달되는 원리로 작동한다.

이러한 동작 원리에 의해 모든 게이트 전극에 순차적으로 펄스를 인가하고, 해당 소스 전극에 신호 전압을 인가함으로써 액정패널의 모든 화소를 구동하는 것이 가능하다. 이런 식으로 한 프레임(frame) 의 화상이 표시되고 난 후 연속적으로 다른 프레임을 표시함으로 인해 동화상 표시가 가능하게 된다.

이와 같은 화상의 표시에 있어서, 화이트(white)와 블랙(black) 구동 만으로는 컬러 표시와 같은 방대한 양의 정보를 나타낼 수 없다. 그러므로 계조 표시를 구사하는데 이 계조표시에서는 화이트와 블랙상태 사이에 몇 개의 중간 상태가 더 존재한다. 흑백의 액정표시장치를 예를 들면 화이트와 블랙 사이에 중간 전압을 인가할 경우 회색과 같은 중간 상태가 존재해서 정보를 표시한다.

전압의 중간값을 얻기 위해서는 액정에 인가되는 전압의 세기를 조절하는 방법과 전압 펄스의 폭을 조절하는 방법 등이 있다.

칼라 액정표시장치의 경우 계조 표시 정도에 의하여 칼라 표시를 결정한다.

6비트의 구동IC를 사용하는 경우에는 64계조를 만들 수 있고, 풀 컬러(Full Color)를 요구하는 모니터나 오디오/비디오(AV) 제품에서는 256계조가 되면 1600만컬러 이상을 구현할 수 있다.

앞에서 설명한 바와 같이 액정표시장치는 액정에 인가되는 전압의 크기를 조절하여 화면에 정보를 표시하는 장치이므로 전압에 따라 빛이 투과되는 정도가 다른 특성을 바탕으로 계조를 조절한다.

액정표시장치는 일반적으로, 일정한 간격을 두고 마주하도록 배치된 2장의 기판과 상기 2장의 기판 사이에 주입되는 액정으로 이루어진다.

TFT 칼라 LCD의 경우 상기 제1의 기판에는 화소전극과 화소 구동을 위한 트랜지스터, 그리고 배향막 등이 구비되며, 제2의 기판에는 배향막과 R,G,B 칼라필터, 공통전극 등이 구비되고, 이 2장의 기판 사이에 액정을 주입함으로써 액정표시장치는 완성된다.

그런데, 알려진 바와 같이 액정은 단축과 장축에 대한 굴절률 이방성을 가지고 있기 때문에 액정표시장치가 균일한 밝기와 높은 콘트라스트 비를 얻기 위해서는 액정 분자의 배열을 일정하게 제어하는 것이 필수적이며, 이를 위해서 액정셀을 이루는 기판면에 배향막을 도포하고 러빙(rubbing) 등의 배향처리를 하여 액정에방향성을 부여하고 있다.

기존의 광배향막에 따른 액정표시장치에서는 외부 광 노출시 이지 축(easy axis)이 돌아감으로써 휘도가 저하되고, 빛이 새는 누설현상이 발생하며, 특히 콘트라스트비(Contrast Ratio)가 떨어지는 단점이 있다.

본 발명은 액정표시장치의 배향막을 형성할 때, 배향막 형성을 위한 광배향 물질에 소정의 첨가제를 첨가함으로써 광안정성을 개선하고, 광배향막의 가교 반응도를 높여서 잔상개선의 효과를 확보할 수 있도록 한 액정표시장치를 제안한다.

특히 본 발명은 액정표시장치의 배향막을 형성할 때, 광안정성의 개선과 잔상개선을 위하여 광배향 물질에 소정의 첨가제로서, benzotrilazol계, acrylate계, UV epoxy계, silane계 등을 이용해서 배향막을 형성함으로써, 광안정성을 개선하고, 광배향막의 가교 반응도를 높여서 잔상개선의 효과를 확보할 수 있도록 한 액정표시장치를 제안한다.

도1은 액정표시장치의 개략적인 구조를 나타낸 도면

도2는 액정표시장치 구동회로의 개략적인 도면

도3은 종래에 잔상발생을 설명하기 위한 VT곡선의 예를 나타낸 도면

도4는 본 발명에 따른 액정표시장치에서 배향막과 상판 및 하판, 그 사이에 주입된 액정의 구조를 나타낸 도면

도5는 본 발명의 실험을 위한 광노출 장치의 개략적인 구성을 나타낸 도면

도6은 본 발명의 액정셀을 실험한 결과의 제1예를 나타낸 도면

도7은 본 발명의 액정셀을 실험한 결과의 제2예를 나타낸 도면

액정표시장치는 일반적으로, 일정한 간격을 두고 마주하도록 배치된 2장의 기판과 상기 2장의 기판 사이에 주입되는 액정으로 이루어지고, 상기 액정의 배향을 위한 배향막이 대향하는 기판의 대향면에 형성되고 있다.

이러한 액정표시장치에서 요구되는 특성으로는 시야각, 휘도, 색특성 등과 같은 제품 사양과 함께, 시간 의존적 디스플레이 특성, 잔상 등의 제품 신뢰성이 있다. 시야각이나 휘도, 색특성 등은 셀 설계의 문제로 귀결되며, 시간 의존적 디스플레이 특성, 잔상 등은 배향물질의 문제로 귀결된다.

광배향 기술을 적용해서 액정표시장치를 제작할 때 발생되는 잔상의 경우 그 원인이 배향막의 표면에너지(surface anchoring energy)가 약하거나, 배향막의 flexibility가 크거나(packing density가 낮음), 배향막의 굳기(surface hardness)가 낮은데 그 원인이 있다. 위와 같은 원인에 의해서 생기는 잔상은 그 잔상의 정도와 잔상이 지속되는 시간이 길게 되는데, 이것을 개선하기 위해서 배향재료에 가교형 첨가제를 첨가함으로써 배향막의 가교도(막의 flexibility)를 증가시키면 잔상을 개선할 수 있다.

액정표시장치에서의 잔상은 이미지가 있던 부분과 그렇지 않은 부분 사이의 휘도가 다르기 때문에 나타나며, 이는 액정의 광학적 투과특성이 달라진 것으로 볼 수 있고, 결국 액정층에 인가되는 실효전압이 변하는 경우에 이온성 불순물의 영향(DC 전압의 영향)이나, 액정의 V-T곡선 자체가 변하는 경우에 프리틸트각이 변하는데 그 원인이 있다(AC+DC 또는 주로 AC전압의 영향).

도3은 액정셀에 소정의 전압과, 주파수를 가지는 사각파를 소정 시간 동안 인가해서 나타나는 VT특성의 변화를 보여주고 있으며, 이것을 %차이로 나타내면 전압 인가에 의한 잔상발생을 볼 수 있다는 것을 보여주고 있다.

따라서, 본 발명에서는 대향하는 한쌍의 기판 사이에 액정을 주입하고 밀봉하여 이루어지는 액정표시장치에 있어서, 상기 액정 배향을 위한 광배향막에 광배향 물질의 가교도를 증가시키는 첨가제를 더 포함하여 광배향막이 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정표시장치이다.

상기 액정으로는 양의 유전율 이방성이나 음의 유전율 이방성을 가진 액정을 사용하는 것이 가능하고, 카이랄 도펀트(chiral dopant)를 첨가하는 것도 가능하다.

또한 본 발명에서 상기 배향막의 가교도를 증가시키기 위하여 benzotrilazol계, acrylate계, UV epoxy계, silane계의 첨가제를 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치이다.

도4는 본 발명에 따른 액정표시장치에서 상판(401)과 하판(402) 사이의 UV배향막(403a,403b)에 첨가제와 광개시제(photoinitiator)를 첨가하여 배향막으로 사용한 예를 보이고 있다.

여기서 광배향막(403a,403b)에 첨가되는 첨가제는 benzotriazol계, silane계, acrylate계[단량체(monomer) 또는 중합체(oligomer)], UV epoxy계[단량체(monomer) 또는 중합체(oligomer)] 중에서 어느 하나를 사용한다.

상기 첨가제는 첨가제의 농도가 배향액 중의 고체(solid) 농도에 대해서 8% 이내가 되도록 하는 범위 안에서 첨가하였다. 바람직하게는 1% 또는 5%의 농도가 좋다.

그리고, 광개시제는 그 농도가 배향막 중의 고체(solid) 농도에 대해서 4% 이내의 범위 안에서 첨가하였다.

예를 들면 5%의 광배향 용액에 첨가제 5%, 광개시제 2%를 첨가한다. 그리고 상온 및 암실 조건에서 24시간 이상 스터링(stirring)후 사용한다. 이때 각 첨가제의 가교를 증가시키기 위해서 광개시제를 사용하는 경우 첨가제 고체농도에 대하여50% 이내가 되도록 한다.

상기한 바와 같이 제조된, 첨가제를 포함하는 광배향액을 ITO기판에 코팅하고, 여기에 광을 조사한 다음, 베이킹(baking)→광배향→셀제작의 공정으로 액정표시장치를 완성하거나, 상기한 바와 같이 제조된, 첨가제를 포함하는 광배향액을 ITO기판에 코팅하고 베이킹(baking)→광배향→셀제작의 공정으로 액정표시장치를 완성한다.

이와 같이 제작된 셀을 인위적으로 광에 노출시킨 후, 초기 배향 방향에 대한 이지 축(easy axis)의 상대적 변화량을 측정하여 광안정성을 측정하였다.

도5는 본 발명의 실험에 적용된 광노출 장치의 개략적인 구성을 보여준다.

UV램프에서 출력된 광은 렌즈와 시준기(collimator)를 거쳐서 샘플에 인위적으로 조사된다. 이때 셀은 θ= 45도, ρ= 35도의 각을 이루도록 세팅한다. 이와 같이 인위적인 외부 광에 노출시킨 후 이지 축(easy axis)의 변화량을 측정하여 광 안정성을 평가하였다.

셀을 20mJ 노출시킨 후 측정한 이지 축의 상대적 변화량의 실험 결과의 예를 들어보면, 첨가제가 acrylate계의 첨가제로서 SARTOMER사의 SR499(상품명)일 때, SR499 첨가의 경우 광 노출시 이지 축의 변화량은 3.15도 이었고, 이 것은 비교 대상 샘플(첨가제 없는 광배향막 구조의 액정셀)에서 6도에 비하여 안정된 특성을 보였다.

이와 같이 광배향 물질에 첨가제를 넣을 경우 광 안정성이 증가하는 것을 확인하였다.

앞에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면 감광성 물질을 첨가한 경우 첨가하지 않은 경우보다 UV흡수 스펙트럼의 감소율이 더 큰 것을 확인할 수 있었다.

이 실험을 위해서, 상기 첨가제를 포함하는 배향막을 스핀 코팅하고 섭씨 200도에서 1시간 소성한 후 UV스펙트럼을 구하고, 다시 광을 30초 조사한 후에 UV스펙트럼을 구하고, 150도에서 3시간 열처리를 한 다음 다시 UV 스펙트럼을 구하여 광반응성을 각각 비교하였다. (이때 UV램프 세기는 7mW/cm2 in 350nm)

스핀 코팅 후 초기 스펙트럼의 최대 흡수치(peak)의 세기를 기준으로 해서 UV흡수 스펙트럼의 감소율을 계산하였다. 도6에 실험 결과를 나타내었다. 도1에서 알 수 있듯이 감광성 물질을 첨가한 경우가 첨가하지 않은 경우보다 UV 흡수 스펙트럼의 감소율이 더 큰 것을 알 수 있다. 도6에 사용한 첨가제는 acrylate계이다.

이와 같이 광배향 물질에 첨가제를 넣을 경우 광안정성이 증가하는 것을 확인하였다.

도7은 첨가제를 사용하기 전과 후의 VT곡선의 변화와 잔류DC(잔상)의 예를 보여주고 있다. 이는 ITO 테스트 셀 상에서 초기의 VT곡선이 AC 혹은 DC+AC 전압 인가 후 얼마나 변하는가(ΔT)를 보여주는 것으로 잔상과 직접적으로 관련된다. 즉, 도7에서 알 수 있듯이 광배향 물질에 첨가제를 넣을 경우 잔상개선의 효과가 있다는 것을 확인할 수 있다. 도7(b)에 사용한 첨가제는 UV epoxy계(HI-5)이고, 도7(c)에 사용한 첨가제는 silane계(Y1-2)이다.

본 발명에서의 광배향막은 일반적인 TN 모드 이외에도 IPS(In-Plane Switching:횡전계방식), HAN(Homeotropic Twisted Nematic), VA(VerticalAlignment:수직배향) 모드 등에 적용하는 것도 가능하다. 또한 하나의 기판에만 첨가제가 포함된 광배향막을 형성하여 광배향하고, 다른 기판에는 일반적인 배향막으로 폴리이미드(Polyimide)계를 형성하여 러빙처리하는 것도 가능하다. 이를 적용할 경우 잔상 개선은 더 효과적이다. 상기 배향막으로 폴리이미드 외에 폴리아마이드(Polyamide), 폴리아믹산(Polyamic acid) 등을 이용할 수도 있다.

본 발명은 액정표시장치의 배향막을 형성할 때, 광안정성의 개선과 잔상개선을 위하여 광배향 물질에 소정의 첨가제로서, benzotrilazol계, acrylate계, UV epoxy계, silane계 등을 이용해서 배향막을 형성함으로써, 광안정성을 개선하고, 광배향막의 가교 반응도를 높여서 잔상개선의 효과가 있다.

Claims (9)

1. 대향하는 한쌍의 기판의 서로 대향하는 면에 배향막이 형성되고 그 사이에 액정을 주입하고 밀봉하여 이루어지는 액정표시장치에 있어서, 상기 배향막이 광배향막이고, 상기 광배향막이 광반응성을 높이기 위한 소정의 첨가제를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 배향막에 첨가되는 첨가제는 benzotriazol계, silane계, acrylate계, UV epoxy계의 첨가제 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 광배향막에 광개시제가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
4. 제1기판 및 제2기판과, 상기 제1기판 위에 형성된 소정의 첨가제가 포함된 광배향막과, 상기 제1기판 및 제2기판 사이에 형성된 액정으로 구성된 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
5. 제 4 항에 있어서, 상기 첨가제는 benzotriazol계, silane계, acrylate계, UV epoxy계의 첨가제 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
6. 제 4 항에 있어서, 상기 광배향막에 광개시제가 더 첨가되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
7. 제 4 항에 있어서, 상기 제2기판 위에 배향막이 더 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 배향막은 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 배향막은 소정의 첨가제가 첨가된 광배향막인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.