KR20050095920A - 면내 스위칭 모드의 액정표시패널과 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 보상필름없이 빛샘을 줄일 수 있는 면내 스위칭 모드의 액정표시패널와 그 제조방법에 관한 것이다.

이 면내 스위칭 모드의 액정표시패널은 상부기판과 하부기판 각각에 형성된 강유전성 액정층과; 상기 상부기판의 강유전성 액정층과 상기 하부기판의 강유전성 액정층 사이에 위치하는 네마틱계 액정층과; 상기 상부기판과 상기 하부기판 각각에 형성되어 상기 강유전성 액정층과 상기 네마틱계 액정층에 수직으로 전기장을 인가하기 위한 전극들을 구비하며; 상기 강유전성 액정층의 위상차값은 10~150㎚인 것을 특징으로 한다.

Description

면내 스위칭 모드의 액정표시패널과 그 제조방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY PANEL OF IN-PLANE-SWITCHING MODE AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}

본 발명은 액정표시패널에 관한 것으로, 특히 보상필름없이 빛샘을 줄일 수 있는 면내 스위칭 모드의 액정표시패널과 그 제조방법에 관한 것이다.

액정표시장치는 액정셀에 인가되는 전계를 제어하여 액정셀에 입사되는 광을 변조함으로써 화상을 표시하게 된다. 이 액정표시장치 내에 주입되는 액정은 유동성과 탄성의 성질을 함께 가지는 액체와 고체의 중간상태이다.

비틀린 네마틱 모드(Twisted Nematic mode, TN 모드)는 수직 전계방식으로 구동되며 현재 액정표시장치에서 가장 많이 적용되고 있는 액정 모드이다. 그런데 비틀린 네마틱 모드는 개구율이 비교적 넓은 장점이 있지만 시야각에 따라 관찰자가 느끼는 액정의 굴절율이 현저히 다르기 때문에 광시야각의 구현이 어렵고 액정의 응답속도가 느린 단점이 있다.

수평 전계방식은 동일 기판 상에 형성되는 전극들 사이에 전기장을 형성하고 그 전기장으로 액정분자들을 구동시키는 면내 스위칭 모드(In plane switching mode, IPS)가 대표적이다.

도 1은 종래 면내 스위칭 모드의 액정표시장치를 나타내는 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래 면내 스위칭 모드의 액정표시장치는 실재에 의해 합착된 상/하부기판(12,18)과; 상/하부기판(12,18) 배면에 각각 위치하는 상/하부 편광판(11,19)을 구비한다.

상부기판(12) 상에는 컬러필터 및 블랙매트릭스 등이 형성된다. 하부기판(18) 상에는 화소전극(16)과 공통전극(15)이 나란하게 형성되고 그 전극들(15, 16) 사이에 인가되는 전압차에 의해 수평방향의 전기장(20)이 형성된다. 이 수평방향의 전기장(20)에 의해 액정분자(14)는 기판의 면방향 내에서 회전하여 액정층을 통과하는 광의 편광성분을 변조한다.

상/하부 편광판(11,19)은 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 광투과축이 서로 직교한다. 즉, 액정층을 통과하는 광이 액정층에 의해 그 선편광이 변하게 되면 상부 편광판(11)을 통과하여 관찰자 쪽으로 진행한다. 반면에 액정층을 통과하는 광의 편광성분이 액정층을 통과할 때 변하지 않으면 상부 편광판(11)을 통과하지 못한다.

이러한 상/하부 편광판(11,19)은 편광자(11b,19b)를 사이에 두고 제1 및 제2 보호층(11a,11c,19a,19c)이 적층된 구조를 갖는다.

편광자(11b,19b)는 폴리 비닐 알콜(Poly Vinyl Alcohol)필름을 연신시켜 요오드와 이색성 염료용액에 담그어 요오드 분자를 연신방향으로 나란하게 배열시킴으로써 형성된다.

제1 및 제2 보호층(11a,11c,19a,19c)은 트리 아세틸 셀루로스(tri-acetyl cellulose ; TAC) 등이 이용되고 연신된 편광자(11b,19b)의 수축을 방지하고 편광자(11b,19b)를 보호하는 역할을 한다.

한편, 도 1에 도시된 액정표시패널이 블랙을 구현하는 경우, 하부 편광판(19)에 의해 선판광된 광이 상부 편광판(11)에 충분히 흡수되지 않아 액정표시장치의 정면에서 벗어난 위치, 즉 측면에서 볼 때의 광의 양과 색특성이 정면에서 볼 경우와 달라진다. 특히, 도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이 시야각이 ±70°일 때 광투과율이 높아 빛샘이 가장 많이 발생하게 된다. 이는 상부 편광판(11)의 제1 및 제2 보호층(11a,11c)이 일정한 지연값을 갖는 일축성 성질을 가지고 있어 상부 편광판(11)의 편광방향을 변형시키기 때문이다.

이러한 빛샘현상을 줄이기 위해 도 5에 도시된 바와 같이 A-플레이트, 음의 C-플레이트, 이축성 필름 등의 보상필름(7,9)을 상/하부기판(12,18)의 배면에 편광판과 함께 부착한다. 이러한 보상필름(7,9)에 의해 도 3 및 도 6에 도시된 바와 같이 빛샘현상을 줄일 수 있다.

그러나, 도 5에 도시된 액정표시패널은 별도의 보상필름(7,9)을 구비하여야 하므로 비용이 상승하는 문제점이 있다. 또한, 대면적 기판에 적용되는 보상필름(7,9)의 연신공정시 연신력이 보상필름(7,9)의 전영역에서 균일하게 적용되기 어려운 문제점이 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 보상필름없이 빛샘을 줄일 수 있는 면내 스위칭 모드의 액정표시패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시패널은 상부기판과 하부기판 각각에 형성된 강유전성 액정층과; 상기 상부기판의 강유전성 액정층과 상기 하부기판의 강유전성 액정층 사이에 위치하는 네마틱계 액정층과; 상기 상부기판과 상기 하부기판 각각에 형성되어 상기 강유전성 액정층과 상기 네마틱계 액정층에 수직으로 전기장을 인가하기 위한 전극들을 구비하며; 상기 강유전성 액정층의 위상차값은 10~150㎚인 것을 특징으로 한다.

상기 강유전성 액정층은 하프 브이 스위칭 모드로 동작하는 것을 특징으로 한다.

상기 상부기판과 상기 하부기판 각각에 형성된 배향막을 추가로 구비하는 것을 특징으로 한다.

상기 배향막은 극성 매질인 것을 특징으로 한다.

상기 강유전성 액정층의 자발분극은 상기 배향막 쪽으로 향하는 것을 특징으로 한다.

상기 상부기판 상에 형성된 상기 강유전성 액정층의 자발분극 방향과 상기 하부기판 상에 형성된 상기 강유전성 액정층의 자발분극 방향이 서로 다른 것을 특징으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시패널의 제조방법은 상부기판과 하부기판 각각에 전극과 강유전성 액정층을 형성하는 단계와; 극성 매질에 노출한 상태에서 상기 강유전성 액정층의 상전이를 유도하여 상기 강유전성 액정층 각각을 단안정 상태로 안정화하는 단계와; 상기 상부기판의 강유전성 액정층과 상기 하부기판의 강유전성 액정층 사이에 상기 강유전성 액정층에 의해 면내 스위칭이 유도되는 네마틱계 액정층을 형성하는 단계를 포함하며; 상기 강유전성 액정층의 위상차값은 10~150㎚인 것을 특징으로 한다.

상기 면내 스위칭 모드의 액정표시패널의 제조방법은 상기 상부기판과 상기 하부기판 각각에 배향막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 배향막은 극성 매질인 것을 특징으로 한다.

상기 배향막은 폴리아믹 산 및 폴리 이미드 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 하부기판에 형성된 강유전성 액정층과 상기 상부기판에 형성된 강유전성 액정층 중 적어도 어느 하나는 상기 배향막에 비하여 극성이 약한 매질에 노출되어 자발분극이 상기 배향막 쪽으로 배열하는 것을 특징으로 한다.

상기 배향막에 비하여 극성이 약한 매질은 공기 및 질소 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 들어나게 될 것이다.

이하, 도 7 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시장치를 나타내는 단면도이다.

도 7을 참조하면, 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시장치는 합착제에 의해 합착된 상판(100) 및 하판(110)과, 상판(100)과 하판(110) 상에 형성된 제1 및 제2 강유전성 액정층(24,34)과, 제1 및 제2 강유전성 액정층(24,34) 사이에 주입되는 네마틱계 액정(50)을 구비한다.

상판(100)의 상부 기판(21)과 하판(110)의 하부 기판(31) 각각에 형성된 강유전성 액정층(24, 34)은 네마틱계 액정(50)과 계면을 형성한다. 하부 기판(31)의 광입사면과 상부 기판(21)의 광출사면 상에는 광투과축이 직교하는 도시하지 않은 편광판이 각각 부착된다.

제1 및 제2 강유전성 액정층(24,34)은 자발분극 방향이 서로 다르다. 예를 들어, 제1 강유전성 액정층(24)이 부극성[정극성]의 전계 방향과 동일한 자발 분극 방향을 가지면, 제2 강유전성 액정층(34)은 정극성[부극성]의 전계 방향과 동일한 자발 분극 방향을 가지게 된다. 이 때, 각 강유전성 액정층(24,34)은 자발 분극 방향이 배향막(23,33)을 향하도록 형성된다.

이러한 제1 및 제2 강유전성 액정층(24,34)은 종래 보상필름과 동일한 위상차값을 가지도록 형성된다. 예를 들어, 제1 및 제2 강유전성 액정층(24,34)의 위상차값(△nd)은 약 10~150nm이다. 여기서, △n은 제1 및 제2 강유전성 액정 각각의 굴절률 이방성을 의미하며, d는 제1 및 제2 강유전성 액정층 각각의 두께를 의미한다.

한편, 본 발명에 따른 액정표시소자는 상부전극(22)과 하부전극(32)에 전압을 인가하여 네마틱계 액정(50)을 면내 구동시킴으로써 광을 변조하게 된다. 이 때, 강유전성 액정(24,34)은 도 8에 도시된 바와 같이 스메틱 C 상(Sm C*)의 전이과정 중에서 배향된 극성과 다른 전계(E)가 인가되면 자발분극(Ps)의 방향이 바뀌면서 면내 방향으로 구동하며, 그와 인접하는 네마틱계 액정(50)의 면내 구동을 유도한다.

이를 상세히 설명하면, 제1 및 제2 강유전성 액정(24,34)과 네마틱 액정을 가지는 액정패널에 도 9a에 도시된 바와 같이 정극성 전계가 인가되면, 제1 강유전성 액정(24)의 자발 분극 방향이 정극성 전계 방향과 동일한 방향으로 바뀌면서 면내 방향으로 구동하며, 그와 인접하는 네마틱계 액정의 면내 구동을 유도한다. 이와 아울러 정극성 전계 방향과 동일한 자발 분극 방향을 가지는 제2 강유전성 액정(34)은 전계에 반응하지 않고 초기 상태를 유지하게 된다. 이 때, 네마틱계 액정(50)은 제1 강유전성 액정(24)에 의해서만 면내 스위칭되므로 수직방향에서 꼬이는 구조가 된다.

또한, 제1 및 제2 강유전성 액정(24,34)과 네마틱 액정을 가지는 액정패널에 도 9b에 도시된 바와 같이 부극성 전계가 인가되면, 제2 강유전성 액정(34)의 자발 분극 방향이 부극성 전계 방향과 동일한 방향으로 바뀌면서 면내 방향으로 구동하며, 그와 인접하는 네마틱계 액정(50)의 면내 구동을 유도한다. 이와 아울러 부극성 전계 방향과 동일한 자발 분극 방향을 가지는 제1 강유전성 액정(24)은 전계에 반응하지 않고 초기 상태를 유지하게 된다. 이 때, 네마틱계 액정(50)은 제2 강유전성 액정(34)에 의해서만 면내 스위칭되므로 수직방향에서 꼬이는 구조가 된다.

이러한 면내 스위칭 모드의 액정표시장치는 네마틱계 액정(50)의 면내 구동에 의해 광시야각이 구현될뿐 아니라 그 액정(50)에 수직 전계방식으로 전계를 인가하여 개구율 저하를 최소화할 수 있다. 나아가, 강유전성 액정(24,34)에 의해 네마틱계 액정(50)이 빠르게 회동하므로 네마틱계 액정(50)의 응답속도가 개선될 수 있다.

도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시소자의 제조방법을 단계적으로 나타낸다.

먼저, 도 10a에 도시된 바와 같이 기판(51) 상에 전극(52)과 극성 배향막(53)이 형성된다. 전극(52)은 인듐 틴 옥사이드(Indium-Tin-Oxide)와 같은 투명 도전성 물질로 형성된다. 극성 배향막(53)은 폴리아믹 산(Polyamic acid)과 같이 전기적 음성도(Electric negativity)를 가지므로 전기적으로 극성을 띄며 액정 배향이 가능한 유기 배향물질로 이루어진다. 이 극성 배향막(53)은 강유전성 액정분자들의 배향방향을 설정하기 위하여 러빙처리된다.

이어서, 도 10b에 도시된 바와 같이 전기적인 극성이 거의 없는 비극성 매질(Amphipobic medium)에 기판(51)을 노출시킨 상태에서 강유전성 액정과 유기 용매가 균일하게 혼합된 혼합물을 도포하고 기판(51)의 온도를 140℃∼160℃ 사이의 온도까지 상승시켜 유기용매를 기화시킨다. 그 결과, 기판(51) 상에는 등방상의 강유전성 액정층(54)이 형성된다. 여기서, 비극성 매질은 그 일예로 공기 또는 질소(N₂) 분위기로 선택될 수 있다.

그런 다음, 기판(51)의 온도를 110℃∼85℃ 사이의 상전이 온도로 낮춰 도 10c에 도시된 바와 같이 등방상의 강유전성 액정층(54)을 네마틱상(N*)으로 상전이시킨다. 이 네마틱상(N*)의 강유전상 액정층(54)을 도 10d와 같이 스메틱 C상(Sm C*)으로 상전이시키기 위하여, 기판(51)의 온도를 80℃∼50℃ 사이의 상전이 온도로 낮춘다. 이 때, 스메틱 C상(Sm C*)으로 상전이되는 과정 중에 도 11에 도시된 바와 같이 강유전성 액정층(54)의 액정분자들에는 자발분극(Ps)이 발현되며 그 자발분극(Ps)의 방향이 극성 배향막(53) 쪽으로 향하게 된다. 즉, 강유전성 액정층(54)의 액정분자들은 스메틱 C상(Sm C*)으로 상전이되면서 외부 전계 없이도 자발분극(Ps)의 방향이 단안정 상태(monostable state)로 일정하게 배열된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시패널 및 그 제조방법은 강유전성 액정층에 의해서 네마틱계 액정이 면내 스위칭되며, 강유전성 액정층의 위상차값이 보상필름과 동일하여 보상필름 없이 편광판 측면에서의 빛샘현상을 방지할 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.

도 1은 종래 면내 스위칭 모드의 액정표시패널을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 상/하부 편광판을 나타내는 평면도이다.

도 3은 종래 보상필름 사용전과 보상필름 사용시 시야각 특성을 나타내는 도면이다.

도 4는 도 1에 도시된 액정표시패널의 시야각 특성을 나타내는 도면이다.

도 5는 종래 보상필름을 구비한 액정표시패널을 나타내는 단면도이다.

도 6은 도 5에 도시된 액정표시패널의 시야각 특성을 나타내는 도면이다.

도 7은 본 발명에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시패널을 개략적으로 나타내는 단면도이다.

도 8은 도 7에 도시된 강유전성 액정과 네마틱계 액정의 면내 스위칭 모드의 동작을 보여 주는 도면이다.

도 9a 및 도 9b는 도 8에 도시된 강유전성 액정과 네마틱계 액정의 면내 스위칭 모드의 동작을 상세히 보여 주는 도면이다.

도 10a 내지 도 10d는 본 발명의 실시예에 따른 면내 스위칭 모드의 액정표시장치의 제조방법을 단계적으로 나타내는 단면도들이다.

도 11은 도 10a 내지 도 10d의 상전이 과정에서 단안정 상태로 안정되는 강유전성 액정을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

7,9 : 보상필름 11,19 : 편광판

12, 18, 21, 31,51 : 기판 13,17, 23, 33,53 : 배향막

15,16,22,32, 52 : 전극 24,34,54 : 강유전성 액정층

50 : 네마틱 액정층

Claims (12)

1. 상부기판과 하부기판 각각에 형성된 강유전성 액정층과;

   상기 상부기판의 강유전성 액정층과 상기 하부기판의 강유전성 액정층 사이에 위치하는 네마틱계 액정층과;

   상기 상부기판과 상기 하부기판 각각에 형성되어 상기 강유전성 액정층과 상기 네마틱계 액정층에 수직으로 전기장을 인가하기 위한 전극들을 구비하며;

   상기 강유전성 액정층의 위상차값은 10~150㎚인 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시패널.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 강유전성 액정층은 하프 브이 스위칭 모드로 동작하는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시패널.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부기판과 상기 하부기판 각각에 형성된 배향막을 추가로 구비하는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시패널.
4. 제 3 항에 있어서,

   상기 배향막은 극성 매질인 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시패널.
5. 제 3 항에 있어서,

   상기 강유전성 액정층의 자발분극은 상기 배향막 쪽으로 향하는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시패널.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 상부기판 상에 형성된 상기 강유전성 액정층의 자발분극 방향과 상기 하부기판 상에 형성된 상기 강유전성 액정층의 자발분극 방향은 서로 다른 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시패널.
7. 상부기판과 하부기판 각각에 전극과 강유전성 액정층을 형성하는 단계와;

   극성 매질에 노출한 상태에서 상기 강유전성 액정층의 상전이를 유도하여 상기 강유전성 액정층 각각을 단안정 상태로 안정화하는 단계와;

   상기 상부기판의 강유전성 액정층과 상기 하부기판의 강유전성 액정층 사이에 상기 강유전성 액정층에 의해 면내 스위칭이 유도되는 네마틱계 액정층을 형성하는 단계를 포함하며;

   상기 강유전성 액정층의 위상차값은 10~150㎚인 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시패널의 제조방법.
8. 제 7 항에 있어서,

   상기 상부기판과 상기 하부기판 각각에 배향막을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시패널의 제조방법.
9. 제 8 항에 있어서,

   상기 배향막은 극성 매질인 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시패널의 제조방법.
10. 제 8 항에 있어서,

    상기 배향막은 폴리아믹 산 및 폴리 이미드 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시패널의 제조방법.
11. 제 7 항에 있어서,

    상기 하부기판에 형성된 강유전성 액정층과 상기 상부기판에 형성된 강유전성 액정층 중 적어도 어느 하나는 상기 배향막에 비하여 극성이 약한 매질에 노출되어 자발분극이 상기 배향막 쪽으로 배열하는 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시패널의 제조방법.
12. 제 11 항에 있어서,

    상기 배향막에 비하여 극성이 약한 매질은 공기 및 질소 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 면내 스위칭 모드의 액정표시패널의 제조방법.