KR20080053625A - 고분자 분산형 액정 표시장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

다크 상태를 용이하게 구현할 수 있고, 구동전압, 응답속도 및 대비비를 향상시킬 수 있는 고분자 분산형 액정 표시장치 및 그 제조 방법이 제공된다. 고분자 분산형 액정 표시장치는, 박막트랜지스터 및 제1 및 제2 전극이 형성된 하부 기판; 박막트랜지스터 형성 영역에 대응하여 블랙 매트릭스가 형성된 상부 기판; 블랙 매트릭스 하부에 위치하며, 상부 및 하부 기판 사이에 형성되는 고분자 분산형 액정층; 및 액정층의 양 측면에 대각선 방향으로 형성되어 입사된 광을 반사하는 제1 및 제2 반사판을 포함한다.
액정 표시장치, 고분자 분산형, PDLC, 반사판, 투명 수지

Description

고분자 분산형 액정 표시장치 및 그 제조 방법 {Polymer Dispersed Liquid Crystal Display and Manafacturing Method Thereof}
도 1은 일반적인 고분자 분산형 액정 표시장치의 개략적인 구성도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 PDLC 표시장치의 구체적인 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 수직 단면을 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 수직 단면을 나타내는 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 온(On) 상태 및 오프(Off) 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 온(On) 상태 및 오프(Off) 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 온(On) 상태 및 오프(Off) 상태에서의 평면 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
<도면의 주요 부분에 관한 부호의 설명>
110: 하부 기판 120: 상부 기판
121: 블랙매트릭스 130a, 130b: 투명 수지(Resin)
141, 142: 알루미늄 반사판 151: 고분자(Polymer) 매트릭스
152: 액정 구적(LC Droplet) 153: 액정 분자립
154: 안료 161, 162: 제1 및 제2 전극
본 발명은 고분자 분산형 액정 표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 액정 표시장치는 액정 분자의 광학적 이방성과 복굴절 특성을 이용하여 화상을 표현하는 장치로서, 박막트랜지스터(Thin Film Transistor: TFT)를 스위칭 소자로 이용하는 박막트랜지스터 액정 표시장치(TFT LCD)가 주로 사용되고 있다.
그런데 일반적인 액정 표시장치는 편광판을 사용해야만 하고, 실질적으로 백라이트 유닛으로부터 입사된 광이 70∼80% 정도가 손실된 후 외부로 표시되기 때문에 광 효율이 낮고, 또한, 배향 공정에 따른 광 산란 현상이나 위상 왜곡과 같은 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해서 제안된 것이 고분자 분산형 액정(Polymer Dispersed Liquid Crystal: PDLC) 표시장치이다. 여기서, PDLC는 액정 표시장치(LCD)에 사용되는 액정 셀의 하나로서, 빛의 투과를 빛의 산란 강도에 따라 제어하며, 편광판을 필요로 하지 않는 것이 특징이다. 고분자(Polymer) 물질 중에 수 mm의 액정 분자립이 다수 분산되어 있는 것과, 그물 모양의 고분자 중에 액정이 포함되어 있는 것 등 몇 가지 종류의 구조가 제안되어 있다. 즉, 액정 물질과 액정 이외의 물질을 불균일하게 분산시키고, 두 물질의 굴절율 차이를 이용해서 동작시키는 소자이다.
PDLC 표시장치는 전압이 인가되지 않으면 액정 분자의 방향이 불규칙해지고, 매체와의 굴절률이 다른 계면에서 산란을 일으킨다. 또한, 전압을 인가하면 액정의 방향이 가지런하게 되고, 양자의 굴절률이 일치하여 투과 상태가 된다. 이때 액정 셀의 두께를 크게 하지 않으면 휘도가 확보되지 않기 때문에 결과적으로 구동 전압이 높아진다.
이러한 PDLC 표시장치는 배향막과 편광판이 요구되지 않고, 유연성을 지니고 있어 제조가 용이하며, 또한, 휘도 특성이 우수하므로 대형 표시장치나 프로젝션 TV 등에 이용할 수 있다.
도 1은 일반적인 고분자 분산형 액정 표시장치의 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 일반적인 고분자 분산형 액정(PDLC) 표시장치는, PDLC(10), 백라이트 유닛(20) 및 반사판(30)을 포함하며, PDLC(10)는 고분자 매트릭스(11) 및 액정 구적(12)을 포함하고, 상기 액정 구적(Micro Droplet)(12) 내에 액정 분자립(13)이 캡슐 형태로 개재된다.
PDLC(10)는 오프 상태일 때, 즉, 전압이 인가되지 않으면, 작은 액정 구적이 무질서하게 배열되어, 액정 구적(12)과 고분자 매트릭스(11)와의 굴절로 장애를 받아서 빛이 산란되어 다크 상태를 구현하게 된다. 또한, 온 상태일 때, 즉, 전압이 인가되면, 작은 액정 구적이 일렬로 배열되어 굴절률의 차이를 줄여주기 때문에 액정 셀은 빛을 투과함으로써, 화이트를 구현하게 된다.
이러한 고분자 분산형 액정 표시장치의 다크 상태 및 화이트 상태를 표현하는 구체적인 방법을 도 2a 및 도 2b를 참조하여 설명한다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 PDLC 표시장치의 구체적인 동작원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, PDLC 표시장치는, 제1 구동전극(16)이 구비된 하부 기판(14)과 제2 구동전극(17)이 구비된 상부 기판(15)이 일정 간격을 두고 대향되고, 상기 하부 기판(14)과 상부 기판(15) 사이에 마이크로 액정 구적(12) 내에 네마틱(Nematic) 액정 분자립(13)들이 배열된 고분자 매트릭스(Polymer Matrix)(11)가 개재된다.
이러한 구성을 갖는 종래의 PDLC 표시장치는, 상기 제1 구동전극(16)과 제2 구동전극(17) 사이에 전압이 인가되지 않은 상태에서는 도 2a에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 액정 구적(12)과 상기 고분자 매트릭스(11) 사이의 굴절율 차이에 의해 입사된 빛은 모두 산란되어 다크 상태(Dark State)를 구현한다. 즉, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 구동 전극(16, 17) 사이에 전계가 형성되기 전에는 마이크로 액정 구적(12)내의 액정 분자립(13)들은 배향막의 부재로 인하여, 랜덤하게 배열된다. 이에 따라, 입사되는 빛이 고분자 매트릭스(11)를 통과하면서 산란되어, 다크 상태(Dark State)를 구현한다.
한편, 전원공급장치(18)에 의해 상기 제1 구동전극(16)과 제2 구동전극(17) 사이에 전압이 인가되면, 도 2b에 도시된 바와 같이, 상기 마이크로 액정구적(12) 내의 상기 액정 분자립(13)들은 그들의 장축이 전계(Electric Field)와 평행하도록 배열된다. 따라서, 입사된 빛은 상기 고분자 매트릭스층(11)을 투과하여 화이트 상태(White State)를 구현한다. 즉, 제1 및 제2 구동 전극(16, 17) 사이에 전계(E)가 형성되면, 마이크로 액정 구적(12) 내의 액정 분자립(13)들은 전계(E)와 그들의 장축이 평행해지도록 배열된다. 액정 분자립(13)들이 전계와 평행하도록 일률적으로 배열됨에 따라, 화이트 상태(White State)를 구현한다.
종래의 기술에 따른 PDLC의 경우, 고투과도 및 완벽한 시야 특성을 갖고 있지만, 고분자(Polymer) 내에 존재하는 랜덤 방향(Random Oriented)의 액정 구적(LC Droplet) 구적에 의한 빛의 램덤 산란(Random Scattering)에 의해서만 다크(Dark)가 표현된다는 한계가 있다. 또한, 다소 높은 구동전압이 필요하기 때문에 이에 따른 액정 재료 및 공정 개발이 필요하다는 문제점이 있다.
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 다크 상태를 용이하게 구현할 수 있는 고분자 분산형 액정 표시장치 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 기존의 PDLC에 비해 구동전압, 응답속도 및 대비비를 향상시킬 수 있는 고분자 분산형 액정 표시장치 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, PDLC 재료 사용을 줄임으로써 재료비를 절감할 수 있는 고분자 분산형 액정 표시장치 및 그 제조 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치는, 박막트랜지스터 및 제1 및 제2 전극이 형성된 하부 기판; 상기 박막트랜지스터 형성 영역에 대응하여 블랙 매트릭스가 형성된 상부 기판; 상기 블랙 매트릭스 하부에 위치하며, 상기 상부 및 하부 기판 사이에 형성되는 고분자 분산형 액정층; 및 상기 액정층의 양 측면에 대각선 방향으로 형성되어 입사된 광을 반사하는 제1 및 제2 반사판을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 고분자 분산형 액정층에 수평 전계를 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치는, 상기 제1 반사판을 지지하는 제1 투명 수지(resin)층; 및 상기 제2 반사판을 지지하는 제2 투명 수지 층을 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 및 제2 투명 수지층은 상기 상부 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 투명 수지층은 상기 상부 기판 상에 형성되고, 상기 제2 투명 수지층은 상기 하부 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 박막트랜지스터의 상부로부터 상기 제1 반사판까지는 빈 공간인 것을 특징으로한다.
여기서, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 전압이 인가되면, 상기 고분자 분산형 액정층은 온 상태가 되어, 백라이트 유닛으로부터 제공된 광이 상기 제1 반사판, 상기 고분자 분산형 액정층 및 상기 제2 반사판을 경유하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 전압이 인가되지 않으면, 상기 고분자 분산형 액정층은 오프 상태가 되어, 백라이트 유닛으로부터 제공된 광이 상기 제1 반사판으로부터 반사된 광을 상기 고분자 분산형 액정층이 차단하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 전압이 인가되지 않는 경우, 상기 제1 및 제2 반사판은 거울 역할을 하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 고분자 분산형 액정층은, 고분자 매트릭스(Polymer Matrix);
상기 고분자 매트릭스 내에 분산 형태로 형성되는 액정 구적; 및 상기 액정 구적 내에 캡슐 형태로 개재되는 액정 분자립를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 고분자 매트릭스 내에 첨가되어 색상을 표현하는 안료 입자를 추가로 포함할 수 있다.
여기서, 상기 고분자 분산형 액정층은 잉크젯 방식으로 적하되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 고분자 분산형 액정층은 셀 갭을 형성하기 위한 돌기 형태인 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법은, a) 상부 기판상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계; b) 대각선 방향으로 제1 및 제2 반사판이 각각 부착된 제1 및 제2 투명 수지층을 상기 블랙 매트릭스 양측에 형성하는 단계; c) 하부 기판상에 박막트랜지스터와 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계; d) 상기 블랙 매트릭스 하측에 대응하여 상기 하부 기판상에 고분자 분산형 액정층을 형성하는 단계; 및e) 상기 상부 기판 및 하부 기판을 합착하는 단계를 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 c) 단계의 제1 및 제2 전극은 수평 전계 형성을 위한 화소 전극 및 공통 전극인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 d) 단계의 고분자 분산형 액정층은 잉크젯 방식으로 적하되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 고분자 분산형 액정층은 잉크젯 방식으로 적하된 후 경화 공정에 의해 고착되는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 박막트랜지스터의 상부로부터 상기 제1 반사판까지는 빈 공간인 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 전압이 인가되면, 상기 d) 단계의 고분자 분산형 액정층은 온 상태가 되어, 백라이트 유닛으로부터 제공된 광이 상기 제1 반사판, 상기 고분자 분산형 액정층 및 상기 제2 반사판을 경유하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 상기 제1 및 제2 전극 사이에 전압이 인가되지 않으면, 상기 d) 단계의 고분자 분산형 액정층은 오프 상태가 되어, 백라이트 유닛으로부터 제공된 광이 상기 제1 반사판으로부터 반사된 광을 상기 고분자 분산형 액정층이 차단하는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법은, a) 상부 기판상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계; b) 대각선 방향으로 제1 반사판이 부착된 제1 투명 수지층을 상기 블랙 매트릭스 일측에 형성하는 단계; c) 하부 기판상에 박막트랜지스터와 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계; d) 제2 반사판이 부착된 제2 투명 수지층을 상기 하부 기판상에 형성하는 단계; e) 상기 블랙 매트릭스 하측에 대응하여 상기 하부 기판상에 고분자 분산형 액정층을 형성하는 단계; 및 f) 상기 상부 기판 및 하부 기판을 합착하는 단계를 포함하여 이루어진다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형 태로 구현될 수 있을 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것으로, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치 및 그 제조 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 수직 단면을 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치는, 하부 기판(110), 상부 기판(120), 고분자 분산형 액정층, 및 제1 및 제2 반사판(141, 142)을 포함하여, 상기 제1 및 제2 반사판(141, 142)은 각각 투명 수지층(130a)에 의해 지지된다.
하부 기판(110)은 박막트랜지스터(TFT)와 제1 및 제2 전극(161, 162)이 형성된다. 여기서, 박막트랜지스터(TFT)는 일반적인 액정 표시장치와 동일하게 형성되므로 상세한 설명은 생략한다.
또한, 제1 및 제2 전극(161, 162)은 고분자 분산형 액정층에 수평 전계를 형성하게 된다. 여기서, 수평 전계를 형성하는 방법은 횡전계 방식의 액정 표시장치와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
제1 및 제2 투명 수지층(130a)은 상기 제1 및 제2 반사판(141, 142)을 대각선 방향으로 지지하며, 상기 제1 및 제2 투명 수지층(130a)은 상기 상부 기판(120) 상에 형성된다.
상부 기판(120)은 상기 박막트랜지스터(TFT) 형성 영역에 대응하여 블랙 매트릭스(121)가 형성되어 있다.
고분자 분산형 액정층은 상기 블랙 매트릭스(121) 하부에 위치하며, 상기 상부 및 하부 기판(110, 120) 사이에 형성된다. 이때, 상기 고분자 분산형 액정층은 잉크젯 방식으로 적하되어 형성되며, 상기 고분자 분산형 액정층은 셀 갭을 형성하기 위한 돌기 형태일 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 PDLC가 돌기 형태로 형성되어, 갭 스페이서 역할을 하므로, 셀 갭(Cell Gap) 유지성을 향상시킬 수 있다.
상기 고분자 분산형 액정층은, 고분자 매트릭스(Polymer Matrix: 151), 상기 고분자 매트릭스 내에 분산 형태로 형성되는 액정 구적(152) 및 상기 액정 구적 내에 캡슐 형태로 개재되는 액정 분자립(153)을 포함하며, 상기 고분자 매트릭스(151) 내에 첨가되어 색상을 표현하는 안료 입자(154)를 추가로 포함할 수 있다.
제1 및 제2 반사판(141, 142)는 상기 고분자 분산형 액정층의 양 측면에 대각선 방향으로 형성됨으로써, 입사된 광을 반사하게 된다.
한편, 상기 박막트랜지스터(TFT)의 상부로부터 상기 제1 반사판(141)까지는 빈 공간일 수 있다.
또한, 상기 제1 및 제2 전극(141, 142) 사이에 전압이 인가되면, 상기 고분자 분산형 액정층은 온 상태가 되어, 백라이트 유닛(도시되지 않음)으로부터 제공된 광이 상기 제1 반사판(141), 상기 고분자 분산형 액정층 및 상기 제2 반사 판(142)을 경유하게 된다.
또한, 상기 제1 및 제2 전극(141, 142) 사이에 전압이 인가되지 않으면, 상기 고분자 분산형 액정층은 오프 상태가 되어, 백라이트 유닛으로부터 제공된 광이 상기 제1 반사판(141)으로부터 반사된 광을 상기 고분자 분산형 액정층이 차단하게 된다. 여기서, 상기 제1 및 제2 전극(141, 142) 사이에 전압이 인가되지 않는 경우, 상기 제1 및 제2 반사판(141, 142) 은 거울 역할을 할 수 있다.
한편, 도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 수직 단면을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치는, 하부 기판(110), 상부 기판(120), 고분자 분산형 액정층, 및 제1 및 제2 반사판(141, 142)을 포함하여, 상기 제1 및 제2 반사판(141, 142)은 각각 투명 수지층(130a, 130b)에 의해 지지된다.
즉, 상기 제1 반사판(141)을 지지하는 제1 투명 수지층(130a)은 상기 상부 기판(120) 상에 형성되고, 제2 반사판(142)을 지지하는 상기 제2 투명 수지층(130b)이 상기 하부 기판(110) 상에 형성되는 점을 제외하면, 전술한 제1 실시예와 동일하므로 상세한 설명은 생략한다.
한편, 도 5a 내지 도 5b는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 온(On) 상태 및 오프(Off) 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 온 상태와 오프 상태의 단면을 나타낸 것으로, 도면부호 161 및 162는 화소 전극 및 공통 전극으로서, 하부 기판(110)에 수평 전계를 형성하게 되며, 고분자 매트릭스(151)에 분산되어 있는 액정 구적(152)의 광투과량을 변경할 수 있다. 상기 고분자 매트릭스(151)에 분산된 액정 구적(152)은 잉크젯 방식으로 적하되어, UV 경화 공정에 의해 하부 기판(110) 상에 고착된다.
상기 액정 구적(152)은 고분자 매트릭스(151)에서 캡슐상으로 분산되어 액정 분자립(153)를 형성하고 상기 두 전극(161, 162)에 의한 전압 인가에 따라서 수평 잔계가 형성되고, 그 분자 배열이 바뀌게 된다.
이러한 구조는 그 자체는 투명하지만 서로가 용해되지 않고, 굴절율이 다른 2종류의 액체를 강제적으로 혼합하게 되면, 전체가 백색의 불투명한 크림상이 된다는 현상을 이용한 것이다. 이 현상은 혼합된 상태의 각각의 액체가 불투명 하게 되는 것 뿐만 아니라, 두 액체의 굴절율이 다름으로 인해, 그 계면을 광이 통과할 때, 계면에서 광이 산란되기 때문에 일어난다.
액정 구적(152)을 고분자 매트릭스(151) 중에 미소한 캡슐로 형성하여 분산하게 하면, 도 5b에 나타낸 바와 같이, 전압이 인가되지 않은 상태에서는 액정 분자립(153)과 고분자 매트릭스(151) 사이의 굴절율의 차이에 의해서 입사된 광은 모두 산란되어 유백색의 불투명한 상태가 된다.
그러나, 외부에서 전압이 인가되면 도 5a와 같이, 각 액정 분자립(153)의 액정 구적(152)은 수평 전계 방향으로 정렬하게 되므로, 그 굴절율은 모든 입자에서도 일정하게 된다. 여기서, 분산 촉매인 고분자 매트릭스(151)의 굴절율과 액정 구적(152)의 굴절율이 일치하는 경우, 양자의 계면에서 산란이 일어나지 않고 투명 하게 보이게 된다.
따라서, 고분자 분산형 액정(PDLC) 표시장치는 전압의 온(On)/오프(Off)에 따라 투과량이 변화하는 디스플레이용 소자로 적용될 수 있다.
일반적으로, 고분자 분산형 액정(PDLC)은 직경 1∼2㎛ 크기의 액정 구적(droplet: 152)들이 다양한 두께의 고분자 필름에 분산된 형태를 취한다. 이러한 고분자 분산형 액정(PDLC) 필름을 두개의 투명 전극 사이에 끼우고 전기장을 걸어주면 액정의 방향자(director)가 전기장 방향으로 배향되며, 이때 액정의 굴절률이 고분자의 굴절율과 일치하면 광투과에 의해 필름은 투명해진다.
본 발명의 실시예에서는 이러한 고분자 분산형 액정(PDLC) 필름을 두개의 투명 전극 사이에 끼우고 전기장을 걸어주는 방식이 아니라, 일반적인 횡전계 방식의 액정 표시장치와 같이 횡전계를 형성하게 되며, 고분자 분산형 액정층(PDLC)은 블랙 매트릭스 하부에만 형성함으로써, 고분자 분산형 액정층(PDLC)의 사용량을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 다크(Dark) 상태를 용이하게 구현할 수 있다. 즉, 블랙 매트릭스가 차광 역할을 하며, 광의 경로는 전술한 제1 반사판(141), 고분자 분산형 액정층 및 제2 반사판(142)을 경유하게 되므로, 전압이 인가되지 않을 때 다크 상태를 용이하게 구현할 수 있다.
구체적으로, 전기장을 제거하면 액정 분자립(153)의 방향자는 표면 앵커링(anchoring) 에너지에 의해 무질서화되며, 액정 분자립(153)의 유효 굴절율이 고분자의 굴절율로부터 크게 벗어나게 되어, 굴절율 불일치에 의한 계면 광산란으로 필름은 불투명해진다.
한편, 도 6a 내지 도 6b는 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 온(On) 상태 및 오프(Off) 상태를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a 및 도 6b는 전술한 도 5a 및 도 5b와 그 구조가 다른 점을 제외하면, 실질적으로 동일하게 온(On) 상태 및 오프(Off) 상태를 나타내므로 상세한 설명은 생략한다.
즉, 도 5a 및 도 5b는 전술한 도 3과 같은 구조를 갖는 고분자 분산형 액정 표시장치이고, 도 6a 및 도 6b는 전술한 도 4와 같은 구조를 갖는 고분자 분산형 액정 표시장치로서, 온(On) 상태 및 오프(Off) 상태는 동일한 방식으로 구현될 수 있다.
한편, 도 7a 및 도 7b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 온(On) 상태 및 오프(Off) 상태의 평면 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7a를 참조하면, 화면 구동 이전의 화면은 알루미늄(Al) 반사판(141, 142)으로 전면이 덮여져 있기 때문에 거울 용도로 사용할 수도 있다. 여기서, 도면부호 111 및 112는 각각 게이트 라인 및 데이터 라인을 나타낸다. 도면부호 A는 PDLC(151, 152, 153)가 형성된 부분을 나타낸다.
오프(Off) 상태에서는 백라이트(B/L) 유닛으로부터 제공된 광이 화면의 전면이 알루미늄(Al) 반사층 하부에 형성된 랜덤(Random) PDLC층을 통과 못함에 따라 마이크로 프로젝션(Micro Projection)이 되지 않으므로 다크(Dark) 상태 표현이 가능하다.
따라서, 측면광 완전 차단에 따른 알루미늄(Al) 무반사 상태에 블랙을 표현함으로써 한결 선명한 색조 표현이 가능하다.
도 7b를 참조하면, 화면 구동 이후, 온 상태에서, 제1 반사판(141), PDLC(151, 152, 153) 및 제2 반사판(142)을 경유하여 외부로 광이 표현된다. 실질적으로, PDLC(151, 152, 153)는 블랙 매트릭스에 의해 외부에서 보이지 않지만, 설명의 편의를 위해서 도시하였다.
도 7b에 도시된 바와 같이, 백라이트 유닛으로부터 제공된 광이 셀(Cell) 내부를 통과시, PDLC 측면광을 받는 마이크로 셔터(Micro Shutter) 역할을 하는 PDLC층에 의한 광량 조절 능력으로 높은 품위의 온/오프(On/Off) 스위칭을 가능하게 할 뿐만 아니라 설계적, 공정적 및 재료적으로 단순화된 특성을 갖게 하였다.
즉, 온(On) 상태에서는 백라이트(B/L)로부터 제공된 광이 전계에 의해 일정한 방향성을 갖는 PDLC층이 형성됨으로써, 마이크로 프로젝션이 구현되어 화이트 상태 표현이 가능하게 된다. 이때, 액정의 단축 방향의 굴절율과 고분자인 중합체(Polymer) 굴절율이 일치되게 재료를 선정하는 것이 요구된다.
한편, 광 입사 부분과 광이 디스플레이되는 부분의 면적 비율 및 반사판(141, 142)의 경사각은 반사광의 효율 및 광 특성 요건에 따라 조절될 수 있다.
또한, 충분한 색감 표현이 요구될 시에는 PDLC 내부에 첨가되는 안료 성분중 피그먼트 용액(Pigment Solution) 종류 및 함량을 조절함으로써 색감을 보정할 수 있다.
한편, 도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 제1 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
먼저, 도 8a를 참조하면, 상부 기판(120)상에 블랙 매트릭스(121)를 형성한다.
다음으로, 도 8b를 참조하면, 대각선 방향으로 제1 및 제2 반사판(141, 142)이 각각 부착된 제1 및 제2 투명 수지층(130a)을 상기 블랙 매트릭스(121) 양측에 형성한다.
다음으로, 도 8c를 참조하면, 하부 기판(110)상에 박막트랜지스터(TFT)와 제1 및 제2 전극(161, 162)을 형성한다. 상기 제1 및 제2 전극(161, 162)은 수평 전계 형성을 위한 화소 전극 및 공통 전극이다.
다음으로, 도 8d를 참조하면,상기 블랙 매트릭스(121) 하측에 대응하여 상기 하부 기판(110)상에 고분자 분산형 액정층을 형성한다. 여기서, 고분자 분산형 액정층은, 고분자 매트릭스(151), 액정 구적(152), 액정 분자립(153) 및 안료 입자(154)로 이루어지며, 고분자 분산형 액정층은 잉크젯 방식으로 적하될 수 있고, 후속적으로 상기 고분자 분산형 액정층은 잉크젯 방식으로 적하된 후 경화 공정에 의해 고착될 수 있다.
여기서, 상기 상부 기판(120) 형성 공정 및 하부 기판(110) 형성 공정은 각각 별도로 진행될 수 있다,
따라서, 도 8e를 참조하면, 상기와 같이 형성된 상부 기판(120) 및 하부 기판(110)을 합착함으로써, 제조 공정이 완료된다.
한편, 상기 박막트랜지스터(TFT)의 상부로부터 상기 제1 반사판(141)까지는 빈 공간일 수 있다.
한편, 도 9a 내지 도 9f는 본 발명의 제2 실시예에 따른 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법을 나타내는 공정 흐름도이다.
먼저, 도 9a를 참조하면, 상부 기판(120)상에 블랙 매트릭스(121)를 형성한다.
다음으로, 도 9b를 참조하면, 대각선 방향으로 제1 반사판(141)이 부착된 제1 투명 수지층(130a)을 상기 블랙 매트릭스(121) 일측에 형성한다.
다음으로, 도 9c를 참조하면, 하부 기판(110)상에 박막트랜지스터(TFT)와 제1 및 제2 전극(161, 162)을 형성한다. 상기 제1 및 제2 전극(161, 162)은 수평 전계 형성을 위한 화소 전극 및 공통 전극이다.
다음으로, 도 9d를 참조하면, 제2 반사판(142)이 부착된 제2 투명 수지층(130b)을 상기 하부 기판(110)상에 형성한다.
다음으로, 도 9e를 참조하면, 상기 블랙 매트릭스(121) 하측에 대응하여 상기 하부 기판(110)상에 고분자 분산형 액정층을 형성한다. 여기서, 고분자 분산형 액정층은, 고분자 매트릭스(151), 액정 구적(152), 액정 분자립(153) 및 안료 입자(154)로 이루어지며, 고분자 분산형 액정층은 잉크젯 방식으로 적하될 수 있고, 후속적으로 상기 고분자 분산형 액정층은 잉크젯 방식으로 적하된 후, UV 경화 공정에 의해 고착될 수 있다.
여기서, 상기 상부 기판(120) 형성 공정 및 하부 기판(110) 형성 공정은 각 각 별도로 진행될 수 있다,
따라서, 도 9f를 참조하면, 상기 상부 기판(120) 및 하부 기판(110)을 합착함으로써, 제조 공정이 완료된다.
결국, 본 발명의 실시예에 따르면, 일반적 PDLC가 가진 높은 투과율 및 시야각 특성을 그대로 유지하면서, 저가격의 고품위 디스플레이로서의 특성을 갖게 된다.
즉, 오프시 화면 어두움을 극대화시키기 위해서 화면 정면에서 직접 PDLC층을 볼 수 없게 함으로써, 다크(Dark) 품위를 향상시킬 수 있다. 또한, 필요에 따라 높은 패널 갭을 갖도록 PDLC를 형성하여, 대비비를 개선할 수 있고, 또한, 낮은 패널 갭을 갖도록 PLDC를 형성하여 응답속도 및 구동전압을 개선할 수 있다.
다시 말하면, 대비비를 개선하기 위해서 높은 패널 갭을 갖도록 PDLC를 형성할 수도 있고, 응답속도 및 구동전압을 개선하기 위해서 낮은 패널 갭을 갖도록 PLDC를 형성할 수도 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 블랙 매트릭스 하부에 PDLC를 형성함으로써, 블랙 특성을 용이하게 개선할 수 있다. 또한, 배향막 코팅, 러빙, 편광판 부착공정 없이 진행할 수 있으므로, 공정 단순화 및 투자비를 절감할 수 있다. 또한, 배향액인 폴리이미트액(PI), 편관판 및 컬러필터를 사용하지 않고, 또한 액정(LC)의 사용량을 절감할 수 있으므로, 재료비를 절감할 수 있다. 또한, 광 시야각 및 고휘도 구현이 가능하고, 기존 PDLC 대비 구동전압 및 응답속도 또는 대비비를 적절히 조절할 수 있다.

Claims (27)

  1. 박막트랜지스터 및 제1 및 제2 전극이 형성된 하부 기판;
    상기 박막트랜지스터 형성 영역에 대응하여 블랙 매트릭스가 형성된 상부 기판;
    상기 블랙 매트릭스 하부에 위치하며, 상기 상부 및 하부 기판 사이에 형성되는 고분자 분산형 액정층; 및
    상기 액정층의 양 측면에 대각선 방향으로 형성되어 입사된 광을 반사하는 제1 및 제2 반사판
    을 포함하는 고분자 분산형 액정 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 제2 전극은 상기 고분자 분산형 액정층에 수평 전계를 형성하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 반사판을 지지하는 제1 투명 수지(resin)층; 및
    상기 제2 반사판을 지지하는 제2 투명 수지층
    을 추가로 포함하는 고분자 분산형 액정 표시장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 투명 수지층은 상기 상부 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제1 투명 수지층은 상기 상부 기판 상에 형성되고, 상기 제2 투명 수지층은 상기 하부 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터의 상부로부터 상기 제1 반사판까지는 빈 공간인 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 전압이 인가되면, 상기 고분자 분산형 액정층은 온 상태가 되어, 백라이트 유닛으로부터 제공된 광이 상기 제1 반사판, 상기 고분자 분산형 액정층 및 상기 제2 반사판을 경유하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 전압이 인가되지 않으면, 상기 고분자 분산형 액정층은 오프 상태가 되어, 백라이트 유닛으로부터 제공된 광이 상기 제1 반사판으로부터 반사된 광을 상기 고분자 분산형 액정층이 차단하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 전압이 인가되지 않는 경우, 상기 제1 및 제2 반사판은 거울 역할을 하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치.
  10. 제1항에 있어서, 상기 고분자 분산형 액정층은,
    고분자 매트릭스(Polymer Matrix);
    상기 고분자 매트릭스 내에 분산 형태로 형성되는 액정 구적; 및
    상기 액정 구적 내에 캡슐 형태로 개재되는 액정 분자립
    를 포함하는 고분자 분산형 액정 표시장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 고분자 매트릭스 내에 첨가되어 색상을 표현하는 안료 입자를 추가로 포함하는 고분자 분산형 액정 표시장치.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 분산형 액정층은 잉크젯 방식으로 적하되는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 고분자 분산형 액정층은 셀 갭을 형성하기 위한 돌기 형태인 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치.
  14. a) 상부 기판상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;
    b) 대각선 방향으로 제1 및 제2 반사판이 각각 부착된 제1 및 제2 투명 수지층을 상기 블랙 매트릭스 양측에 형성하는 단계;
    c) 하부 기판상에 박막트랜지스터와 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계;
    d) 상기 블랙 매트릭스 하측에 대응하여 상기 하부 기판상에 고분자 분산형 액정층을 형성하는 단계; 및
    e) 상기 상부 기판 및 하부 기판을 합착하는 단계
    를 포함하는 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 c) 단계의 제1 및 제2 전극은 수평 전계 형성을 위한 화소 전극 및 공통 전극인 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 d) 단계의 고분자 분산형 액정층은 잉크젯 방식으로 적하되는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 고분자 분산형 액정층은 잉크젯 방식으로 적하된 후 경화 공정에 의해 고착되는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터의 상부로부터 상기 제1 반사판까지는 빈 공간인 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 전압이 인가되면, 상기 d) 단계의 고분자 분산형 액정층은 온 상태가 되어, 백라이트 유닛으로부터 제공된 광이 상기 제1 반사판, 상기 고분자 분산형 액정층 및 상기 제2 반사판을 경유하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법.
  20. 제14항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 전압이 인가되지 않으면, 상기 d) 단계의 고분 자 분산형 액정층은 오프 상태가 되어, 백라이트 유닛으로부터 제공된 광이 상기 제1 반사판으로부터 반사된 광을 상기 고분자 분산형 액정층이 차단하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법.
  21. a) 상부 기판상에 블랙 매트릭스를 형성하는 단계;
    b) 대각선 방향으로 제1 반사판이 부착된 제1 투명 수지층을 상기 블랙 매트릭스 일측에 형성하는 단계;
    c) 하부 기판상에 박막트랜지스터와 제1 및 제2 전극을 형성하는 단계;
    d) 제2 반사판이 부착된 제2 투명 수지층을 상기 하부 기판상에 형성하는 단계;
    e) 상기 블랙 매트릭스 하측에 대응하여 상기 하부 기판상에 고분자 분산형 액정층을 형성하는 단계; 및
    f) 상기 상부 기판 및 하부 기판을 합착하는 단계
    를 포함하는 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 c) 단계의 제1 및 제2 전극은 수평 전계 형성을 위한 화소 전극 및 공통 전극인 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법.
  23. 제21항에 있어서,
    상기 e) 단계의 고분자 분산형 액정층은 잉크젯 방식으로 적하되는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법.
  24. 제23항에 있어서,
    상기 고분자 분산형 액정층은 잉크젯 방식으로 적하된 후 경화 공정에 의해 고착되는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법.
  25. 제21항에 있어서,
    상기 박막트랜지스터의 상부로부터 상기 제1 반사판까지는 빈 공간인 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법.
  26. 제21항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 전압이 인가되면, 상기 d) 단계의 고분자 분산형 액정층은 온 상태가 되어, 백라이트 유닛으로부터 제공된 광이 상기 제1 반사판, 상기 고분자 분산형 액정층 및 상기 제2 반사판을 경유하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법.
  27. 제21항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 전극 사이에 전압이 인가되지 않으면, 상기 d) 단계의 고분자 분산형 액정층은 오프 상태가 되어, 백라이트 유닛으로부터 제공된 광이 상기 제1 반사판으로부터 반사된 광을 상기 고분자 분산형 액정층이 차단하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정 표시장치의 제조 방법.
KR1020060125382A 2006-12-11 2006-12-11 고분자 분산형 액정 표시장치 및 그 제조 방법 KR101356272B1 (ko)

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