KR20020056963A - 강유전성 액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정셀의 균일 배향을 손쉽게 하고, 외부 충격에 의하여 균일 배향이 깨진 경우에도 온도처리만으로도 균일배향을 회복할 수 있는 강유전성 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 강유전성 액정표시장치는 상부기판 및 하부기판 상에 형성되는 구동전극들과, 상기 구동전극들 상에 서로 다른 계면극성을 가진 배향막들과, 상기 상부기판과 하부기판 사이에 주입되는 액정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하여, 본 발명에 따른 강유전성 액정표시장치는 외부 충격에 의하여 균일 배향이 깨지더라도 온도처리만으로 손쉽게 균일배향을 회복할 수 있다.

Description

강유전성 액정표시장치{Ferroelectric Liquid Crystal Display}
본 발명은 강유전성 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 액정셀의 균일배향을 손쉽게 하고, 외부 충격에 의하여 균일배향이 깨진 경우에도 온도처리만으로도 균일배향을 회복할 수 있는 강유전성 액정표시장치에 관한 것이다.
통상적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display : 이하 "LCD"라 함)는 매트릭스 형태로 배열되어진 다수의 액정셀들과 이들 액정의 배열의 변화로 생기는 빛의 투과율의 차이를 이용하여 화면에 원하는 화상을 표시하게 된다. 이러한 액정표시장치의 표시모드는 빛의 이용성질에 따라 편광형, 흡수형, 산란형으로 나눌 수 있다. 그 중에서 편광형의 강유전성 액정표시장치(Ferroelectric Liquid Crystal Display)는 액정이 자발분극의 성질을 가지고 있으며, 외부 전기장의 인가로부터 자발분극의 방향이 반응하는 액정표시장치이다. 강유전성 액정표시장치는 액정 모드 중에서 가장 빠른 응답속도를 가질 수 있음은 물론, 특별한 전극구조나 보상 필름의 사용없이 넓은 시야각을 구현할 수 있다는 점에서 차세대 액정표시장치로 많은 연구가 이루어지고 있다. 현재 연구되고 있는 강유전성 액정의 모드로는 DH(Deformed Helix) FLC 모드, SS(Surface Stabilized) FLC 모드,AFLC(Antiferroelectric) 모드, V형 FLC 모드, HV(Half V형) FLC 모드가 있다.
도 1은 종래의 V형 FLC 모드의 액정 배향 상태를 나타낸 도면이다.
V형 FLC 모드의 액정은 배향막의 배향방향에 대해 소정의 경사각을 가진다. 이러한 경사진 액정은 인접한 액정층끼리 서로 반대 극성을 가지도록 배열되어 있다.
도 2는 V형 FLC 모드 액정셀의 전압에 따른 투과율 특성을 나타낸 도면이다.
V형 FLC 모드 액정셀 내의 액정들은 인가되는 정극성과 부극성 전계 모두에 반응하여 투과율이 변하는 "V"자 형태를 보인다. 즉, 비교적 낮은 전압 인가로부터 투과율이 연속적으로 변화하는 특성을 가진다.
도 3은 HV형 FLC 모드 액정셀의 배향 상태를 나타낸 도면이다.
HV형 FLC 모드의 액정셀 내의 액정들은 V형 FLC 모드의 액정과 다르게 배향막의 배향처리 방향에 대해 소정의 경사각을 가지고, 인접 액정층끼리 서로 같은 극성을 갖도록 배향된다. 이러한 HV형 FLC 모드의 액정셀은 미리 정극성(또는 부극성)의 전기장을 인가함과 동시에 네마틱상을 갖는 온도에서 스메틱상을 갖는 온도로 낮춤으로써 만들어질 수 있다. 이렇게 형성된 HV형 FLC 모드의 액정셀의 전압에 따른 투과율 특성은 도 4에서 보여지듯이 "Half-V"자 형태를 보인다.
HV형 FLC 모드의 액정이 가지는 열역학적 상전이의 과정은 다음과 같다.
등방상(isotropic)네마틱상(N*)스메틱C상(Sc*)결정(Crystal)
위와 같은 상전이 과정은 왼쪽으로 갈수록 온도가 높은 것을 표현하며, 오른쪽으로 갈수록 온도가 낮아짐을 표현한다. 평행 배향된 액정셀에 등방상을 갖는온도에서 액정을 주입한 후, 서서히 식히어 네마틱상을 갖는 온도가 되면 액정이 러빙방향에 평행하게 배향된다. 이 상태에서 서서히 온도를 내리면서 셀 내부에 전기장을 인가한다. 그러면, 액정분자는 스메틱상으로 상전이하면서 발생되는 자발분극의 방향이 셀 내부에 형성된 전기장 방향과 일치하도록 배열된다. 따라서, 액정셀 내에서 액정은 평행배향처리되었을 때, 가능한 2가지 분자배열 방향 중 전기장 방향과 일치하는 자발분극 방향의 분자 배열을 이루게 되어 균일한 배향상태를 갖게 된다.
도 5 및 도 6을 참조하여 이를 상세히 설명해 보자. 먼저 도 5에 보여지듯이 액정을 배향할 때 부극성의 전기장 E(-)을 인가한 경우에 전기장과 같은 액정의 자발 분극 방향을 형성하여 균일한 배향이 만들어진다. 이렇게 형성된 액정셀은 정극성의 전기장 E(+)이 인가된 경우에는 도 6에서와 같이 액정 배열을 바꾸지만, 부극성의 전기장 E(-)에 대해서는 액정배열이 바뀌지 않는다. 이러한 액정의 전기장에 대한 반응 특성을 사용하기 위하여, 액정셀을 사이에 두고 상, 하에 서로 직교하는 편광자를 배치한다. 이때, 한 편광자의 투과축은 초기의 액정배향 방향과 일치하게 배치한다. 이러한 배치의 액정셀은 전압인가에 따른 투과특성이 도 4와 같이 "Half-V"자 모양을 갖는다.
도 7을 참조하면, 종래의 HV형 FLC 모드의 액정셀은 상부기판(1) 및 하부기판(6)과, 상부기판(1) 상에 형성되는 투명전극(2)과, 투명전극(2)상에 도포되는 배향막(3)과, 하부기판(6) 상에 형성되는 투명전극(5) 및 배향막(4)과, 상, 하 배향막들 사이에 충진되어진 강유전성 액정(13)으로 구성된다.
이때 형성된 배향막들(3,4)은 동일한 재료로 만들어지고, 동일한 조건으로 처리되어 형성되어짐을 특징으로 한다. 이러한 액정셀에 외부전기장(E-ext)을 인가하여 액정셀 내의 액정을 유발 분극화시킴으로써 외부전기장(E-ext)에 대해 반대 방향의 내부전기장(E-intra)을 형성시킨다.
이렇게 만들어진 액정셀은 균일한 배향을 만들기 위하여 상기에 묘사되었듯이 온도와 전기장을 동시에 사용한다. 그러나, 이러한 방법으로 만들어진 액정셀은 쇼팅바의 그라인딩(Grinding) 공정 및 모듈 공정을 거치면서 어쩔 수 없이 외부 충격이 가해졌을 경우에 있어서 초기의 균일한 배향이 깨지는 현상이 발생한다. 이러한 경우에 초기와 같은 균일한 배향을 형성하기 위하여서는 온도와 전기장에 의한 처리가 필요하지만, 쇼팅바가 연결되어 있을 때처럼 상, 하판의 전극에 일정시간 동안 균일한 DC 전압을 인가하기가 용이하지 않는 문제점을 가지고 있다.
또한, 외부 온도가 올라갔다가 떨어짐으로 인해서 종래의 HV형 FLC 모드 액정셀에 열이 가해질 경우에도 균일 배향이 깨지는 현상이 발생하는데, 상기 이유와 같이 다시 균일배향을 형성하는 것이 용이하지 않다.
따라서, 본 발명의 목적은 액정셀의 균일 배향을 손쉽게 하고, 외부 충격에 의하여 균일 배향이 깨진 경우에도 온도처리 만으로도 균일배향을 회복할 수 있는 강유전성 액정표시장치를 제공하는 데 있다.
도 1은 종래의 V형 FLC 모드의 액정셀의 배향 상태를 나타낸 도면.
도 2는 V형 FLC 모드 액정셀의 전압에 대한 투과율을 나타낸 도면.
도 3은 종래의 HV형 FLC 모드 액정셀의 배향 상태를 나타낸 도면.
도 4는 HV형 FLC 모드 액정셀의 전압에 대한 투과율을 나타낸 도면.
도 5는 전기장을 인가하여 HV형 FLC 모드 액정셀을 구현함을 나타내는 도면.
도 6은 HV형 FLC 모드 액정셀에 전압을 인가할 시에 액정의 움직임을 나타내는 도면.
도 7은 종래의 HV형 FLC 모드 액정셀에 전압인가시 형성되는 전기장을 나타내는 단면도.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 이종 배향막이 형성된 HV형 FLC 모드 액정셀에 형성되는 내부 전기장을 나타내는 단면도.
도 9는 도 8에 도시된 HV형 FLC 모드 액정셀의 구동 전압을 나타낸 도면.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1,7 : 상부기판 6,12 : 하부기판
2,5,8,11 : 투명전극 3,4,9,10 : 배향막
13,14 : 강유전성 액정
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 강유전성 액정표시장치는 상부기판 및 하부기판 상에 형성되는 구동전극들과, 상기 구동전극들 상에 서로 다른 계면극성을 가진 배향막들과, 상기 상부기판과 하부기판 사이에 주입되는 액정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 8 내지 도 9을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 이종 배향막이 형성된 HV형 FLC 모드 액정셀은 상부기판(7) 및 하부기판(12)과, 상부기판(7) 상에 형성되는 투명전극(8)과, 투명전극(8)상에 도포되는 배향막(9)과, 하부기판(12) 상에 형성되는 투명전극(11) 및 배향막(10)과, 상,하 배향막들(9,10) 사이의 공간에 주입되어져 있는 강유전성 액정(14)으로 구성된다.
상기에 사용된 배향막들(9,10)은 서로 계면 극성(Surface Polarity)이 다르게 형성됨을 특징으로 한다. 계면극성을 다르게 형성하는 방법으로는 크게 두 가지가 있다. 한가지는 배향막을 이루는 고분자의 화학 구조가 서로 다른 배향막들을 사용하게 되면 배향막들(9,10)의 계면극성을 서로 다르게 형성할 수 있다. 다른 방법으로는 같은 종류의 배향막을 사용하더라도 배향막의 소성조건이나 러빙 조건을 다르게 형성함으로써 배향막들(9,10)의 계면극성을 서로 다르게 형성할 수 있다.
상기에 묘사된 방법들 중에 한가지를 사용하여 배향막(9,10)의 계면극성을 서로 다르게 형성하게 되면 배향막(9,10)의 계면극성 차이에 의하여 강유전성 액정(14)에 내부 전기장(Intrinsic electric field)을 인가함으로써, 외부 전기장 없이 온도처리만으로도 균일한 초기 배향을 형성할 수 있게 해준다.
상기 현상을 문헌(Ferroelectrics 1988 vol85 p47)에 따른 이론적 근거에 의해서 설명하면 다음과 같다.
배향막의 계면극성은 계면 에너지(interfacial energy)에 의해서 주어진다. 즉, 계면 에너지는 크게 분산요소(dispersive componant)와 극성요소(polar componant)의 에너지 합으로 다음 수학식 1과 같이 표현된다.
여기서,는 배향막에 사용된 고분자와 액정의 계면 에너지,는 극성요소의 에너지,는 분산요소의 에너지를 나타낸다.
이러한 관계식으로부터 계면 에너지는 배향막의 극성을 결정하는 데 큰 기여를 하게된다. 배향막에 사용된 고분자와 액정의 계면 에너지가 클수록 배향막의 계면극성이 커지게 되며, 계면 에너지가 작을수록 배향막의 계면극성이 작아지게 된다. 이러한 계면극성이 다른 배향막을 사용함으로써 외부 전기장의 인가없이 내부전기장을 형성시킬 수 있다.
도 9는 HV형 FLC 모드 액정셀의 구동전압을 나타내는 하나의 예이다.
본 발명에 따른 HV형 FLC 모드 액정셀은 외부 전기장의 인가없이 내부전기장이 형성되므로 내부전기장에 해당하는 전압을 보상함으로써 정극성의 전압과 부극성의 전압이 대칭적으로 인가되도록 한다. 실제 액정셀의 포화 전압은 3.3V 내외이므로 초기 균일 배향에 필요한 내부전압도 3.3V 이하이어야 한다.
이렇게 본 발명에 따른 HV형 FLC 모드의 액정셀은 외부 전기장 인가없이 배향막의 계면극성에 의해 내부전기장이 형성되므로 외부 충격에 의해 액정의 배향이 파괴되더라도 간단한 에이징(aging)공정으로 배향을 회복할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 HV형 FLC 모드의 액정셀은 서로 다른 극성을 가지는 배향막을 사용함으로써 내부전기장을 형성시킨다. 따라서, 본 발명에 따른 HV FLC 모드는 종래의 HV형 FLC 모드와 대비하여 외부전기장의 인가없이 초기 액정 배향을 형성시킬 수 있음은 물론, 외부 충격에 의해 파괴된 액정 상태를 쉽게 보정할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여 져야만 할 것이다.

Claims (9)

  1. 상부기판 및 하부기판 상에 형성되는 구동전극들과,
    상기 구동전극들 상에 서로 다른 계면극성을 가진 배향막들과,
    상기 상부기판과 하부기판 사이에 주입되는 강유전성 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 상,하부 기판 위의 배향막들은 서로 평행 배향됨을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 강유전성 액정은 배향막의 배향처리방향에 대해 소정의 각도를 갖고 평행 배향됨을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 강유전성 액정은 인접 액정층 사이에서 서로 같은 자발 분극 방향을 갖음을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 상, 하부기판의 서로 다른 계면극성을 가진 배향막들은 이종의 물질구조를 갖음을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 상, 하부기판의 서로 다른 계면극성을 가진 배향막들은 동종의 물질구조를 갖음을 특징으로 하는 액정표시장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 상, 하부기판의 배향막들은 서로 다른 소성조건을 갖음을 특징으로 하는 액정표시장치.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 상, 하부기판의 배향막들은 서로 다른 배향막 배향처리 조건을 갖음을 특징으로 하는 액정표시장치.
  9. 제 1 항 또는 2 항에 있어서,
    상기 상, 하부기판의 서로 다른 계면극성의 배향막에 의해 형성된 내부전압을 보정하여 구동함을 특징으로 하는 액정표시장치.
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