KR20030049486A - 액정표시장치 검사용 모듈레이터 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 구동전압을 감소시킴과 아울러 고해상도 박막트랜지스터 어레이의 검출력을 향상시킬 수 있는 액정표시장치 검사용 모듈레이터에 관한 것이다.
본 발명에 따른 액정표시장치 검사용 모듈레이터는 화소전극이 형성된 박막트랜지스터기판을 검사하기 위한 모듈레이터에 있어서, 전압이 공급되는 투명전극이 형성되는 기판과, 기판과 반사판 사이에 형성됨과 아울러 액정 방울과 혼합되는 폴리머의 혼합비율이 큰 폴리머 분산형 액정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
이러한 구성에 의하면, 구동전압을 감소시킴과 아울러 고해상도 박막트랜지스터 어레이의 검출력을 향상시킬 수 있다.

Description

액정표시장치 검사용 모듈레이터{Modulator for inspecting Liquid Crystal Display}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 구동전압을 감소시킴과 아울러 고해상도 박막트랜지스터 어레이의 검출력을 향상시킬 수 있는 액정표시장치 검사용 모듈레이터에 관한 것이다.
통상적으로, 액정표시장치(Liquid Crystal Display; LCD)는 비디오신호에 따라 액정셀들의 광투과율을 조절함으로써 액정셀들이 매트릭스 형태로 배열되어진 액정패널에 비디오신호에 해당하는 화상을 표시하게 된다. 액티브 매트릭스 타입의 액정표시장치에서 스위칭소자로는 주로 박막트랜지스터(Thin Film Transistor; 이하 "TFT"라 함)가 이용되고 있다. 이러한 액정표시장치는 브라운관에 비하여 소형화가 가능하여 퍼스널 컴퓨터(Personal Computer)와 노트북 컴퓨터(Note BookComputer)는 물론, 복사기 등의 사무자동화기기, 휴대전화기나 호출기 등의 휴대기기까지 광범위하게 이용되고 있다.
도 1을 참조하면, 종래의 액정표시장치는 상부기판(11) 상에 순차적으로 형성된 컬러필터(16), 공통전극(14) 및 배향막(12)으로 구성되는 컬러필터기판과, 하부기판(1) 상에 순차적으로 형성된 TFT 어레이와, 화소전극(22) 및 배향막(10)으로 구성되는 TFT 어레이기판과, 컬러필터기판과 TFT 어레이기판 사이의 갭을 유지하는 도시되지 않은 스페이서와, 컬러필터기판 및 TFT 어레이기판과 스페이서에 의해 마련된 내부공간에 주입되는 액정(24)을 구비한다.
컬러필터기판에서 상부기판(11) 상에 적, 녹, 청 삼원색의 칼라필터(16)들이 순차적으로 형성된다. 이 경우, 삼원색의 칼라필터(16) 각각은 상부기판(11)의 전면에 백색광원을 흡수하여 특정파장(적색, 녹색, 또는 청색)의 광만을 투과시키는 물질을 도포한 후 패터닝함으로써 형성된다. 칼라필터(16)가 형성된 상부기판(11) 상에 그라운드 전위가 공급되는 투명도전막인 공통전극(14)을 형성한다. 배향막(12)은 공통전극(14) 상에 폴리이미드를 도포함으로써 형성된다.
TFT 어레이기판에서 액정셀의 구동을 스위칭하는 TFT는 게이트라인(도시하지 않음)에서 돌출된 게이트전극(25), 데이터라인(도시하지 않음)에서 돌출된 소스전극(28) 및 접촉홀(23)을 통해 화소전극(22)에 접속된 드레인전극(29)을 구비한다. 또한, TFT는 게이트전극(25)과 소스전극(28) 및 드레인전극(29)의 절연을 위한 게이트절연막(6)과, 게이트전극(25)에 공급되는 게이트전압에 의해 소스전극(28)과 드레인전극(29) 간 도통채널을 형성하기 위한 반도체층(26, 27)을 더 구비한다.이러한 TFT는 게이트라인으로부터의 게이트신호에 응답하여 데이터라인으로부터의 데이터신호를 선택적으로 화소전극(22)에 공급한다. TFT를 통해 공급되는 데이터신호와 공통전극(14)에 공급되는 공통전압(Vcom)의 전압차에 의해 액정이 회전하게 되며 액정의 회전 정도에 따라서 광투과량이 결정된다. 화소전극(22)은 데이터라인과 게이트라인에 의해 분할된 셀영역에 위치하며 광투과율이 높은 투명전도성물질로 이루어진다. 화소전극(22)은 하부기판(1) 전면에 도포되는 보호막(8) 위에 형성되며, 보호막(8)에 형성된 접촉홀(23)을 통해 드레인전극(29)과 전기적으로 접속된다. 화소전극(22)이 형성된 하부기판(1) 상부에 배향막(10)을 도포한 후 러빙공정을 수행한다.
액정표시장치의 TFT 어레이기판에 TFT 어레이를 완성한 후, 각 화소의 TFT가 제대로 동작하는지의 여부를 확인하기 위하여 스토리지 캐패시터의 충방전을 이용하는 전기적 검사방법과 화소전극의 전압에 따른 반사형 액정표시장치의 광특성을 이용하는 광학적 검사방법이 있다. 이 중에서 광학적 검사방법에 대해서 알아보자.
도 2를 참조하면, TFT 어레이기판의 광학적 검사장치는 검사하고자 하는 TFT 어레이기판(31)과, 광을 발생시키는 광원(43)과, TFT 어레이기판(31) 상에 설치되는 모듈레이터(39)와, 광원(43)으로부터의 광을 선택적으로 반사시켜 모듈레이터(39)로 보내기 위한 편광분리프리즘(Polarizing Beam Splitter Prism; 이하 "PBSP"라 함, 41)과, CCD(Charged Couple Display) 카메라(45)를 구비한다.
광학적 검사장치는 TFT 어레이기판(31)과 10 ~ 20㎛ 정도의 거리를 유지하면서 이동하여 TFT 어레이기판(31)의 불량을 검사한다.
광학적 검사장치에서 PBSP(41)는 광을 선택적으로 투과시킴과 아울러 반사시킨다. PBSP(41)는 광원(43)으로터 발생된 광 중 선편광된 S파를 반사시켜 모듈레이터(39)로 진행시킨다.
모듈레이터(39)는 투명전극이 설치된 기판(37)과 반사판(33) 사이에 주입된 폴리머 분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal : 이하 "PDLC"라 함, 35)층으로 이루어진다. PDLC층(35)은 도 3에 도시된 바와 같이 액정과 폴리머(51)를 혼합하여 자외선을 조사한 후 액정을 폴리머(51)로부터 분리시켜 원형의 액정 방울(53)로 형성된다. PDLC층(35)의 재료는 수지와 경화제로 구성된 에폭시수지이다. PDLC층(35)은 모듈레이터(39)의 기판(37) 상에 형성된 투명전극과 TFT 어레이기판(31) 상에 형성된 화소전극(22)의 전압차에 의해 구동된다. 다시 말하면, PDLC층(35)은 전압이 인가되지 않은 경우, 즉 투명전극과 화소전극(22)에 인가된 전압차가 문턱전압(Vth) 이하에서는 액정방울들(53)이 무질서하게 배열되어 입사된 광을 산란시킨다. 이는 액정방울들(53)의 굴절율과 폴리머 굴절율의 불일치로 인하여 광이 산란되는 것이다. 반면에, 투명전극과 화소전극(22)의 전압차가 문턱전압(Vth) 이상일 경우, PDLC층(35)의 액정방울(53) 안의 액정분자들은 전기장과 나란한 방향으로 배열되어 입사된 광을 투과시킨다.
이러한 PDLC층(35)의 원리를 이용하여 TFT 어레이기판의 불량 유무를 검사하게 된다.
TFT 어레이기판(31)의 화소전극(22)들이 제대로 작동하여 PDLC층(35)이 전기장에 나란하게 배열되는 경우 PBSP(41)를 경유한 S파는 편광변화없이 모듈레이터(39)의 반사판(33)에서 반사되어 PBSP(41)로 진행한다. 편광변화가 없으므로 S파의 광은 PBSP(41)에서 광원(43) 쪽으로 반사된다. 이에 따라, CCD 카메라(45)에서는 광을 검출할 수 없게 된다.
TFT 어레이기판(31)의 화소셀에 불량이 발생되는 경우에는 투명전극과 화소전극(22)에 전압차가 발생되지 않아 PDLC층(35)이 구동되지 않는다. 즉, 광원(43)으로부터 PBSP(41)를 경유한 S파는 PDLC층(35)을 경유하면서 편광성분이 바뀌게 된다. 이에 따라, PDLC층(35)을 경유한 S파는 P파로 변환되어 PBSP(41)를 투과함으로써 CCD 카메라(45)에서 광이 검출된다. 따라서, CCD 카메라(45)에서 광이 검출된 TFT 어레이기판(31) 상의 화소셀은 불량화소임을 알 수 있게 된다.
LCD의 고정세화, 고해상도 추세에 따라 화소셀의 크기가 줄어들게 된다. 이 경우, 종래의 모듈레이터를 사용하여 LCD의 불량여부를 조사하게 되면 광검출력에 한계가 생긴다. 즉, 고정세화되는 화소셀의 크기에 대응되도록 액정 방울의 크기도 작아져야 하는데, 액정 방울의 크기가 작아짐에 따라 그만큼 액정 방울들을 구동시키는데 필요한 구동전압이 커지게 된다. 이 경우, 고정세화에 따른 액정 방울의 크기는 대략 5 ~ 6㎛ 정도이며, PDLC층의 액정 방울과 폴리머의 혼합비율은 30 : 70 정도로 약 15 ~ 20V의 구동전압이 소모된다.
따라서, 본 발명의 목적은 구동전압을 감소시킴과 아울러 고해상도 박막트랜지스터 어레이의 검출력을 향상시킬 수 있는 액정표시장치 검사용 고분자 분산형 액정을 제공하는데 있다.
도 1은 종래의 액정표시장치를 나타내는 도면.
도 2는 도 1에 도시된 액정표시장치 검사용 모듈레이터를 나타내는 도면.
도 3은 도 2에 도시된 모듈레이터에 사용되는 폴리머 분산형 액정의 동작원리를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 폴리머 분산형 액정을 나타내는 도면.
도 5는 도 4의 폴리머 분산형 액정이 주입된 모듈레이터를 나타내는 도면.
도 6은 본 발명에 따른 전압과 광투과율의 관계를 나타내는 도면.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
1 : 하부기판6 : 게이트절연막
8 : 보호층10, 12 : 배향막
11 : 상부기판14 : 공통전극
16 : 컬러필터22 : 화소전극
23 : 접촉홀24 : 액정
25 : 게이트전극26, 27 : 반도체층
28 : 소스전극29 : 드레인전극
31 : TFT 어레이기판33, 69 : 반사판
35, 67 : PDLC층37, 65 : 기판
39 : 모듈레이터41 : PBSP
43 : 광원45 : CCD 카메라
51, 61 : 폴리머53, 63 : 액정 방울
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정표시장치 검사용 모듈레이터는 화소전극이 형성된 박막트랜지스터기판을 검사하기 위한 모듈레이터에 있어서, 전압이 공급되는 투명전극이 형성되는 기판과, 기판과 반사판 사이에 형성됨과 아울러 액정 방울과 혼합되는 폴리머의 혼합비율이 큰 폴리머 분산형 액정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정표시장치는 화소전극이 형성된 박막트랜지스터기판을 검사하기 위한 모듈레이터에 있어서, 모듈레이터에 형성되며 굴절율차(△n)가 0.2인 액정 방울을 포함하는 폴리머 분산형 액정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 액정표시장치는 화소전극이 형성된 박막트랜지스터기판을 검사하기 위한 모듈레이터에 있어서, 모듈레이터에 형성되며 아크릴계열의 수지로 이루어지는 폴리머를 포함하는 폴리머 분산형 액정을 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시 예들의 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 4 내지 도 6을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들에 대하여 설명하기로 한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 액정표시장치 검사용모듈레이터는 액정방울과 폴리머 혼합비율을 변경하거나 액정과 폴리머의 재료성질을 변경하는 것을 특징으로 한다.
도 4를 참조하면, 본 발명은 TFT 어레이기판을 검출하기 위한 모듈레이터의 PDLC 중 폴리머 성분의 혼합비율을 높인다.
모듈레이터는 도 5와 같이 투명전극이 설치된 기판(65)과 반사판(69) 사이에 주입된 PDLC층(67)으로 이루어진다. PDLC층(67)은 액정과 폴리머를 혼합하여 자외선을 조사한 후 액정을 폴리머로부터 분리시켜 원형의 액정 방울로 형성시킴으로써 형성된다. 흔히 PDLC층(67)의 재료는 수지와 경화제로 구성된 에폭시계열의 수지이다. PDLC층(67)은 모듈레이터의 투명전극과 검사하고자 하는 도시되지 않은 TFT 어레이기판 상에 형성된 화소전극의 전압차에 의해 구동된다. 다시 말하면, PDLC층(67)은 전압이 인가되지 않은 경우, 즉 투명전극과 화소전극에 인가된 전압차가 문턱전압(Vth) 이하에서는 액정방울들이 무질서하게 배열되어 입사된 광을 산란시킨다. 이는 액정방울들의 굴절율과 폴리머 굴절율의 불일치로 인하여 광이 산란되는 것이다. 반면에, 투명전극과 화소전극의 전압차가 문턱전압(Vth) 이상일 경우, PDLC층(67)의 액정 방울 안의 액정분자들은 전기장과 나란한 방향으로 배열되어 입사된 광을 투과시킨다.
이러한 PDLC층(67)의 액정 방울과 폴리머의 혼합비율 중 폴리머의 혼합비율을 증가시킨다. 이에 따라, 액정방울들 사이의 간격(d)이 넓어짐으로써 모듈레이터의 검출력이 향상된다. 그러나, 폴리머의 혼합비율을 높이게 되면 구동전압이 높아지는 문제점은 여전히 남게 된다.
이를 개선하기 위하여 액정 방울과 폴리머의 혼합비율을 일정하게 고정시킨 후, 각각 액정 방울과 폴리머의 특성에 맞도록 물리적 성분을 변경시킨다.
이를 상세히 하면 다음과 같다.
일반적인 PDLC층(67)에 이용되는 액정 방울은 액정의 장축과 단축에 해당하는 굴절율이 다름으로 인하여 굴절율 이방성의 특성을 가지게 되며, 이 액정이 가지는 굴절율의 차이는 △n = 0.1 정도가 된다. 또한, PDLC층(67)의 다른 구성성분인 폴리머는 에폭시계열의 물질로 구성되며 이 폴리머의 굴절율은 1.5 정도의 특성을 가진다. 이때, 에폭시계열의 수지는 점도가 높기 때문에 구동전압을 상승시키는 문제를 가지게 된다.
따라서, 본 발명은 액정의 굴절율의 차를 △n = 0.2 로 증가시킨다. 모듈레이터에 전압을 인가하지 않은 오프(OFF) 상태에서 액정의 굴절율차가 커짐으로 인하여 광의 산란정도가 커지게 된다. 이에 따라, 도 6에 도시된 바와 같이 오프(OFF) 상태에서 광투과율이 떨어지게 되어 온(ON)/오프(OFF)시의 투과율 차이가 커지게 된다. 즉, 명암의 흑백대비가 향상되어 TFT 어레이기판의 불량유무를 위한 검출력이 향상된다.
또한, 본 발명은 PDLC층(67) 중 폴리머의 성분을 변경시킨다. 즉, 종래에 폴리머로 에폭시계열의 수지를 사용한 반면, 본 발명에서는 종래의 에폭시계열의 수지와 굴절율은 동일한 아크릴(Acryl)계열의 수지를 사용한다. 이 경우, 아크릴계열의 수지는 점도가 낮기 때문에 구동전압을 낮추는 효과를 가질 수 있다.
한편, PDLC층(67)의 액정 방울의 계면에 위치하는 액정분자들은 폴리머와의계면에너지(anchoring energy)에 의해 전계 인가시에도 전기장 방향으로 향하지 않는 경향이 있다. 이 계면에너지는 PDLC층(67)을 구동시키는 구동전압을 상승시키는 주요인이므로 플로이드(Fluoride)기가 치환되어 있는 아크릴계열의 수지를 사용하여 계면 에너지가 감소됨과 아울러 동시에 구동전압의 감소효과도 얻을 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정표시장치 검사용 모듈레이터는 액정방울과 폴리머 혼합비율 중 폴리머의 혼합비율을 증가시킨다. 또는 액정 방울의 굴절율을 크게 하거나 폴리머를 아크릴계열의 수지를 사용한다. 그 결과, 본 발명에 따른 액정표시장치 검사용 모듈레이터는 폴리머 분산형 액정을 구동시키는데 필요한 구동전압을 감소시킴과 아울러 폴리머 분산형 액정의 특성을 개선함으로써 고해상도의 박막트랜지스터 어레이의 검출력을 향상시킬 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 정하여져야만 할 것이다.

Claims (5)

  1. 화소전극이 형성된 박막트랜지스터기판을 검사하기 위한 모듈레이터에 있어서,
    전압이 공급되는 투명전극이 형성되는 기판과,
    상기 기판과 반사판 사이에 형성됨과 아울러 액정 방울과 혼합되는 폴리머의 혼합비율이 큰 폴리머 분산형 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 검사용 모듈레이터.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머는 상기 액정 방울의 혼합비가 70% 이상인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 모듈레이터.
  3. 화소전극이 형성된 박막트랜지스터기판을 검사하기 위한 모듈레이터에 있어서,
    상기 모듈레이터에 형성되며 굴절율차(△n)가 0.2인 액정 방울을 포함하는 폴리머 분산형 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 검사용 모듈레이터.
  4. 화소전극이 형성된 박막트랜지스터기판을 검사하기 위한 모듈레이터에 있어서,
    상기 모듈레이터에 형성되며 아크릴계열의 수지로 이루어지는 폴리머를 포함하는 폴리머 분산형 액정을 구비하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 검사용 모듈레이터.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 폴리머는 플루이드(Fluoride)기가 치환되어 있는 아크릴계열의 수지인 것을 특징으로 하는 액정표시장치용 모듈레이터.
KR1020010079703A 2001-12-15 2001-12-15 액정표시장치 검사용 모듈레이터 KR100855482B1 (ko)

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