KR20020028006A

KR20020028006A - 액정 표시 장치

Info

Publication number: KR20020028006A
Application number: KR1020000058866A
Authority: KR
Inventors: 이창훈; 류재진; 창학선
Original assignee: 윤종용; 삼성전자 주식회사
Priority date: 2000-10-06
Filing date: 2000-10-06
Publication date: 2002-04-15
Also published as: KR100656907B1

Abstract

상판 및 하판 위에 투명 도전 물질로 이루어진 전극이 형성되어 있고, 각 전극 위에는 배향막이 형성되어 있다. 상판과 하판 사이에는 양의 유전율 이방성을 갖는 네마틱 액정층이 주입되어 있으며, 액정층의 액정 분자는 두 기판 사이에 전기장이 인가되지 않았을 때 배향막의 러빙 방향을 향하여 한쪽 끝이 일어선 형태의 선경사각을 가지고 기판에 대하여 수평 배향되어 있다가 전기장이 인가되면 구부러짐 구조를 형성한다. 이러한 액정 표시 장치의 두 기판의 바깥쪽에는 각각 WV판이 부착되어 있으며, 각 WV판의 바깥쪽에 편광판이 있다. 이때, WV판은 TAC 따위로 이루어진 지지체 위에 액정층이 배향되어 있는데, 액정층은 광학적으로 일축성을 지니며 음의 복굴절성을 가진다. 이때, 액정층의 두께를 크게 하여 액정층의 기울어짐 각도를 변화시켜 음의 리타데이션(retardation) 값을 크게 하여 셀 내의 양의 복굴절성을 갖는 액정층의 리타데이션을 보상하여 구동 전압을 낮출 수 있다.

Description

액정 표시 장치{liquid crystal display}

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구동 전압을 낮추는 액정 표시 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 현재 가장 널리 사용되고 있는 평판 표시 장치 중의 하나로서, 전극이 형성되어 있는 두 장의 유리 기판과 그 사이에 삽입되어 있는 액정층으로 이루어져 있으며, 두 전극에 인가하는 전압을 변화시켜 액정층의 액정 분자들의 배열을 변화시킴으로써 빛의 투과량을 조절하여 화면을 표시하는 장치이다.

이러한 액정 표시 장치 중에서 응답 속도 및 시야각을 개선하기 위해서 다양한 방법이 제시되었으며, 그 예로 OCB(optically compensated bend) 방식의 액정표시 장치를 들 수 있다.

OCB 방식의 액정 표시 장치는 마주하는 두 기판에 각각 형성되어 있는 전극과 기판 사이에 주입되어 있는 액정층 및 두 기판에 각각 형성되어 있으며 액정 분자를 기판과 수평하게 배향하기 위한 배향막을 포함한다. 이러한 OCB 방식의 액정 표시 장치에서는 두 기판에 전기장이 인가되었을 때 액정 분자가 두 기판의 중심면에 대하여 대칭이면서 기판에서 중심면에 이르기까지 수평 배열에서 수직 배열 구조를 취하고 있으므로 넓은 시야각을 얻을 수 있으며, 이러한 액정 분자의 배열을 얻기 위해서는 두 기판의 배향막을 같은 방향으로 처리하고 처음에 고전압을 인가하여 구부러짐(bend) 배열로 한다.

그러나, 이와 같은 OCB 방식의 액정 표시 장치는 일반적으로 복굴절율(birefrigence factor)이 크고 셀 갭이 커서 이들의 곱인 리타데이션(retardation) 값이 크기 때문에 노멀리 화이트 모드(normally white mode)에서 구동 전압이 TN(twisted nematic) 방식보다 매우 높다. 그런데, 구동 전압이 너무 높으면 구동 집적 회로의 출력 범위를 벗어나 사용이 불가능하다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 액정 표시 장치의 구동 전압을 낮추는 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고,

도 2 내지 도 4는 부착된 WV판의 개수에 따른 액정 표시 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고,

도 5는 액정 표시 장치에 인가된 전압에 따른 투과율을 도시한 것이다.

이러한 과제를 달성하기 위하여 본 발명에서는 WV(wide viewing)판의 지지체에 부착되어 있는 액정층의 두께를 크게 하여 음의 리타데이션 값을 크게 한다.

본 발명에 따르면, 제1 절연 기판 위에 제1 전극이 형성되어 있고, 제1 기판과 마주하는 제2 절연 기판 위에 제2 전극이 형성되어 있다. 제1 기판과 제2 기판 사이에 제1 및 제2 기판에 인접한 부분에서 선경사각을 가지고 수평 배향되어 있는 액정 분자를 포함하는 제1 액정층이 주입되어 있다. 이때, 액정 분자는 제1 전극 및 제2 전극 사이에 전압이 인가되었을 때 제1 기판 및 제2 기판의 중심면에 대하여 대칭을 이루며 배향 방향으로 구부러짐 배열을 이루고 있다. 제1 및 제2 기판의 바깥쪽에는 각각 제1 및 제2 WV판이 부착되어 있으며, 제1 및 제2 WV판은 지지체와 지지체에 부착되어 있는 제2 액정층을 포함하며, 제2 액정층의 리타데이션 값이 정면(0°)에서 40nm 이상이고 60°에서 117nm 이상이고 -60°에서 15nm 이상인 것이 바람직하다.

여기서, 제1 액정층은 양의 유전율 이방성을 가지며, 제1 및 제2 전극은 ITO 또는 IZO 중 어느 하나로 이루어지는 것이 바람직하다.

한편, 제1 및 제2 WV판의 바깥쪽에는 각각 제1 및 제2 편광판이 부착되어 있고, 제1 및 제2 기판 위에는 배향막이 형성되어 있을 수 있다.

이러한 본 발명에서는 WV판만을 사용하여 리타데이션 값을 조절하여 구동 전압을 낮출 수 있으므로 OCB 방식의 액정 표시 장치의 재료 선택의 폭이 넓어지고 구동 전압이 낮아져도 응답 속도에 영향을 주지 않는다.

그러면, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.

먼저, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조에 대하여 간략히 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 구조를 도시한 것으로 상판과 하판에 부착된 WV(wide viewing)판의 개수가 각각 하나인 경우이다.

상판(11) 및 하판(1)은 투명 절연 기판으로 이루어져 있으며, 상판(11) 및 하판(1) 위에는 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide)와 같은 투명 도전 물질로 이루어진 전극(도시하지 않음)이 형성되어 있고 전극 위에는 배향막(도시하지 않음)이 형성되어 있다. 상판(11)과 하판(1) 사이에는 유전율 이방성이 양인 네마틱 액정층(40)이 주입되어 있으며, 두 기판(1, 11) 사이에 전기장이 인가되었을 때 도면에서와 같이 구부러짐 배열을 갖게 되는데 이에 대하여 다음에서 설명한다.

먼저, 여기서는 도시하지 않았지만 전압을 인가하지 않은 상태에서 액정층의 액정 분자는 배향막의 러빙 방향을 향하여 한쪽 끝이 일어선 형태의 선경사각(pretilt angle)을 가지고 기판(1, 11)에 대하여 수평 배향되어 있고, 따라서 액정 분자의 배열은 두 기판(1, 11) 사이의 중앙을 중심으로 기판(1, 11)에 평행인 면에 대하여 대칭을 이루게 된다. 이러한 액정 표시 장치에서 두 기판(1, 11)의 전극에 전압이 인가되었을 때 액정 분자는 구부러짐 구조를 갖는 배열을 나타낸다. 즉, 두 전극에 충분한 크기의 전압이 인가되면 기판(1, 11)에 수직인 전기장이 형성되고, 액정 분자(41)들은 양의 유전율 이방성을 가지고 있으므로 장축이 전기장에 나란하게, 즉 두 기판(1, 11)에 수직이 되도록 배열하려고 한다. 이때, 배향막에 인접한 부분에서는 가해진 전기장에 의한 힘보다는 배향막에 의한 배향력이 강하여 전압이 인가되더라도 장축이 기판(1, 11)에 평행한 상태를 유지하려고 하므로, 액정 분자(41)의 탄성력에 의해 두 배향막 사이의 액정 분자(41)들은 구부러짐 구조를 형성하게 된다.

이러한 액정 표시 장치를 이루는 두 기판(1, 11)의 바깥쪽에는 각각 WV판(4, 14)이 부착되어 있으며, 각 WV판(4, 14)의 바깥쪽에는 투과축(또는 흡수축)이 서로 수직을 이루는 편광판(5, 15)이 있다. WV판(4, 14)은 TAC(triacetyl cellulose) 따위로 이루어진 지지체(3, 13) 위에 액정층(2, 12)이 배향되어 있는 것이다.

이때, 액정층(2, 12)은 광학적으로 일축성(uniaxial)을 지니며 음의 복굴절성을 가지며, 액정층(2, 12)의 음의 리타데이션에 의해 셀 내의 액정층(40)의 양의 리타데이션을 보상할 수 있다. 여기서, 액정층(2, 12)의 두께를 크게 하여 액정층(2, 12)의 기울어짐 각도를 변화시켜 음의 리타데이션 값을 크게 하여 구동 전압을 낮출 수 있다. 이에 대해서는 WV판의 개수에 따른 구동 전압을 측정하는 다음 실험에서 확인하도록 한다.

그러면, WV판의 개수에 따른 구동 전압에 대하여 도 1 내지 도 5 및 표 1을 참조하여 설명한다.

도 1은 앞서 설명한 바와 같이, 상판(11)과 하판(1)에 부착된 WV판(4, 14)의 개수가 각각 하나인 경우이고, 도 2는 상판(11)에 부착된 WV판(14, 17)의 개수가 두 개, 하판(1)에 부착된 WV판(4)의 개수가 하나인 경우이며, 도 3은 상판(11)에 부착된 WV판(14)의 개수가 하나, 하판(1)에 부착된 WV판(4, 7)의 개수가 두 개인경우이고, 도 4는 상판(11)과 하판(1)에 부착된 WV판(14, 17, 4, 7)의 개수가 각각 두 개인 경우를 도시한 것으로 이들을 각각 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 시료로 한다.

그러면, Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 시료의 구조에 대하여 간략히 설명한다.

Ⅰ시료는 앞서 설명한 바와 같이, 두 기판(1, 11)의 바깥쪽에 각각 WV판(4, 14)이 하나씩 부착되어 있으며, WV판(4, 14)의 바깥쪽에는 편광판(5, 15)이 각각 부착되어 있다. Ⅱ 시료는 상판(11)의 바깥쪽에 지지체(13, 16)와 액정층(12, 15)으로 이루어진 두 개의 WV판(14, 17)이 부착되어 있고 하판(1)의 바깥쪽에 지지체(3)와 액정층(2)으로 이루어진 WV판(4)이 부착되어 있으며, 각 WV판(4, 17)의 바깥쪽에 편광판(5, 18)이 부착되어 있다. Ⅲ 시료는 상판(11)의 바깥쪽에 지지체(13)와 액정층(12)으로 이루어진 WV판(14)이 부착되어 있고 하판(1)의 바깥쪽에 지지체(3, 6)와 액정층(2, 5)으로 이루어진 WV판(4, 7)이 부착되어 있으며, 각 WV판(7, 14)의 바깥쪽에 편광판(8, 15)이 부착되어 있다. Ⅳ 시료는 상판(11)의 바깥쪽에 지지체(13, 16)와 액정층(12, 15)으로 이루어진 WV판(14, 17)이 부착되어 있고 하판(1)의 바깥쪽에 지지체(3, 6)와 액정층(2, 5)으로 이루어진 WV판(4, 7)이 부착되어 있으며, 각 WV판(17, 7)의 바깥쪽에 편광판(18, 8)이 부착되어 있다.

이때, 각 시료의 상판(11)과 하판(1)의 구조 및 그 사이에 주입되어 있는 액정층(40)은 동일하며, 상판(11)과 하판(1) 사이에 전기장이 인가되었을 때 액정 분자(41)는 구부러짐 구조를 나타낸다.

이와 같이 상판(11)과 하판(1)에 부착되어 있는 WV판의 개수에 따른 액정 표시 장치의 구동 전압에 대하여 도 5와 표 1을 참조하여 설명한다.

도 5에서 각 그래프는 Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 시료의 인가된 전압에 따른 투과율을 도시한 것이고, 표 1은 각 그래프에서 화이트 상태의 전압(V_w)와 블랙 상태의 전압(V_b) 및 블랙 상태에서의 투과율(T_b) 값을 나타낸 것이다.

시 료	V_w(V)	V_b(V)	T_b(%)
Ⅰ	2.1	9.3	0.05
Ⅱ	2.1	6.3	0.08
Ⅲ	2.1	6.3	0.09
Ⅳ	2.1	5.0	0.17

표 1에서와 같이, 화이트 상태의 전압(V_w)은 거의 일정하며, 상판(11)과 하판(1)에 각각 두 개의 WV판(4, 7, 14, 17)이 부착된 경우의 블랙 상태에서의 전압, 즉 구동 전압(V_b)은 5.0V로 감소함을 알 수 있다. 이는 WV판의 개수가 증가하면 액정층(2, 5, 12, 15)의 두께가 증가하게 되고 이에 따라 셀 내의 액정층(40)의 양의 리타데이션을 충분히 상쇄시킬 수 있기 때문이다.

한편, Ⅰ, Ⅱ, Ⅲ, Ⅳ 시료의 Tb 값이 0.05%, 0.08%, 0.09%, 0.17%로 블랙 상태에서 빛샘이 발생하는데, 상판(11)과 하판(1)에 부착된 WV판의 개수가 증가할수록 빛샘의 양도 증가하였다. 이는 지지체의 연신축이 편광판의 투과축(또는 흡수축)과 45°를 이루기 때문이며, WV판(4, 7, 14, 17)의 개수가 두 개로 증가하면 편광판(8, 18)의 투과축(또는 흡수축)과 45°를 이루는 지지체(3, 6, 13, 16)의 수가 증가하므로 블랙에서의 빛샘도 커지게 된다.

따라서, 두 기판(1, 11) 사이의 액정층(40)의 양의 리타데이션을 보상하기위해 WV판의 개수를 증가시키면 되지만 이때는 블랙 상태에서 빛샘이 커지므로 WV판을 도 1에서와 같이 상판(11)과 하판(1)에 각각 하나씩 부착하되 지지체를 종래와 같은 두께로 하고 액정층의 두께를 증가시켜 액정층의 기울어짐 각도를 변화시켜 음의 리타데이션 값을 크게 함으로써 구동 전압을 낮추면서 빛샘을 방지하도록 한다.

이때, WV판은 시야각에 따라 리타데이션 값이 다르며, 정면(0도)에서의 리타데이션 값이 40nm 이상이어야 하고 리타데이션 값이 가장 큰 영역인 60도에서는 117nm 이상이어야 하며 리타데이션 값이 가장 작은 영역인 -60도에서는 15nm 이상인 것이 바람직하다.

한편, 부착되는 WV판의 개수를 조절하거나 지지체에 부착되어 있는 액정층의 두께를 변화시켜 셀 내의 액정층의 양의 리타데이션 정도에 따라 음의 리타데이션 값을 조절할 수도 있다.

다음, WV판의 개수에 따른 응답 속도를 표 2에 나타내었다.

시료	Ⅰ	Ⅱ	Ⅲ	Ⅳ
64계조→0계조(on time)	1.6ms	1.6ms	1.6ms	1.6ms
0계조→64계조(off time)	4.3ms	5.4ms	5.4ms	6.5ms

표 2에서와 같이 WV판의 개수에 따른 응답 속도는 거의 일정함을 알 수 있다. 따라서, WV 판의 개수가 증가하여 구동 전압이 낮아지더라도 응답 속도에는 큰 차이가 없음을 알 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 액정 재료의 복굴절율 및 유전율, 배향막의 선경사각을 변화시키지 않고 WV판만을 사용하여 리타데이션 값을 조절하여 구동 전압을 낮출 수 있으므로 OCB 방식의 액정 표시 장치를 제조할 때 재료 선택의 폭이 넓어지고 구동 전압이 낮아져도 응답 속도에 영향을 주지 않는다.

Claims

제1 절연 기판,

상기 제1 기판 위에 형성되어 있는 제1 전극,

상기 제1 절연 기판과 마주하는 제2 절연 기판,

상기 제2 기판 위에 형성되어 있는 제2 전극,

상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 주입되어 상기 제1 및 제2 기판에 인접한 부분에서 선경사각을 가지고 수평 배향되어 있는 액정 분자를 가지며, 상기 액정 분자는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 전압이 인가되었을 때 상기 제1 기판 및 제2 기판의 중심면에 대하여 대칭을 이루며 상기 배향 방향으로 구부러짐 배열을 이루고 있는 제1 액정층,

상기 제1 및 제2 기판의 바깥쪽에 각각 부착되어 있는 제1 및 제2 WV판

을 포함하며,

상기 제1 및 제2 WV판은 지지체와 상기 지지체에 부착되어 있는 제2 액정층을 포함하며, 상기 제2 액정층의 리타데이션 값이 정면(0°)에서 40nm 이상이고 60°에서 117nm 이상이고 -60°에서 15nm 이상인 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 제1 액정층은 양의 유전율 이방성을 갖는 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 제1 및 제2 전극은 ITO 또는 IZO 중 어느 하나로 이루어진 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 제1 및 제2 WV판의 바깥쪽에 각각 부착되어 있는 제1 및 제2 편광판을 더 포함하는 액정 표시 장치.
제1항에서,

상기 제1 및 제2 기판 위에 형성되어 있는 배향막을 더 포함하는 액정 표시 장치.