KR20120052885A - 액정표시소자 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 고 콘트라스트의 고분자 강유전성 액정을 이용한 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 서로 대향하는 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판의 각 대향면에 각각 형성되고, 러빙법에 의해 배향처리된 제 1 배향막 및 제 2 배향막과, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이를 일정하게 유지하기 위한 스페이서와, 상기 제 1 배향막이 형성된 제 1 기판과 상기 제 2 배향막이 형성된 제 2 기판 사이에 고분자 강유전성 액정을 포함한 액정재료가 봉입되어 형성된 액정층을 구비하고, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 러빙 방향은 평행하지 않는다. 제 1 기판과 제 2 기판에 대해 각각의 러빙축은 비틀어짐의 역방향을 갖고 선대칭이다.

Description

액정표시소자 및 그 제조방법{liquid crystal display device and method for fabricaing the same}
본 발명은 액정재료로서 고분자 강유전성 액정을 이용한 액정표시소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에 경량, 박형 및 저소비전력의 영상표시소자로서 액정표시소자가 실용화되어 보급되고 있다. 실용화된 일반적인 액정표시소자는 네마틱 액정을 이용한 액정표시소자이다.
네마틱 액정을 이용한 액정표시소자는 서로 대향하는 2매의 기판과, 각 기판의 대향하는 면에 형성된 투명전극과, 각 기판의 투명전극상에 형성되고 러빙법에 의해 배향처리된 배향막과, 두 기판 사이에 주입된 네마틱 액정으로 이루어진 액정층을 갖고 있다.
TN(Twisted Nematic), ECB(Electrically Controlled Birefringence), STN(Super Twisted Nematic), IPS(In-Plane Switching) 및 VA(Virtical Alignment) 등, 네마틱 액정을 이용한 다수의 LCD 모드가 현재 실용화되고 있다.
그런데, 네마틱 액정을 이용한 액정표시소자는 연속 계조 표시는 가능하지만, 원리적으로 쌍안정성(메모리성)을 갖고 있지 않다.
또한, 네마틱 액정을 이용한 액정표시소자는 배향 균일성이 높아 고콘트라스트를 실현할 수 있다.
한편, 네마틱 액정을 배향시킨 것으로 러빙법에 의해 배향처리된 배향막을 이용하고 있다.
또한, 네마틱 액정을 이용한 액정표시소자는 가정용 텔레비전 등에 적용 가능(동화상 응답가능)한 응답속도를 실현하고, 네마틱 액정의 원리로부터 1ms 이하의 고속 응답화의 대응은 용이하지 않다.
그래서 액정표시소자의 응답속도를 향상시키기 위해 네마틱 액정 대신에 저분자 강유전성 액정을 이용한 표면 안정화(SS-FLC: Surface Stabilized-Ferroelectric Liquid Crystal) 모드의 액정표시소자가 제안되고 있다. 저분자 강유전성 액정을 이용한 SS-FLC 모드의 액정표시소자는 액정층의 네마틱 액정이 저분자 강유전성 액정으로 치환된 구조를 갖고 있다.
저분자 강유전성 액정을 이용한 SS-FLC 모드의 액정표시소자는 네마틱 액정을 이용한 액정표시소자와 비교해서 응답속도를 향상시킬 수 있고, 원리적으로 쌍안전성을 갖지만 연속 계조 표시를 행할 수 없다.
저분자 강유전성 액정을 이용한 SS-FLC 모드의 액정표시소자에서 연속 계조 표시를 행하기 위해 면적계조, 도메인 계조, 프레임 계조 등의 기술을 적용할 필요가 있지만(예를 들면, 특허문헌 1 참조), 이는 구조가 복잡하고 코스트가 높아지는 문제가 있다.
또한, 저분자 강유전성 액정을 이용한 SS-FLC 모드의 액정표시소자는 저분자 강유전성 액정이 층 구조이므로, 네마틱 액정을 이용한 액정표시소자와 비교해서 배향 안정성이 떨어진다. 또한, 균일한 배향이 어렵고, 네마틱 액정을 이용한 액정표시소자에 비해 콘트라스트가 떨어진다.
한편, 저분자 강유전성 액정을 배향시킨 것으로, 러빙법에 의해 배향처리된 배향막을 이용하고 있다.
또한, 저분자 강유전성 액정을 이용한 SS-FLC 모드의 액정표시소자의 쌍안정성을 희생함으로써, 연속계속 표시를 행하는 H-V(Half-V) 모드, V 모드의 액정표시소자가 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 2 참조). 이 저분자 강유전성 액정을 이용한 H-V 모드, V 모드의 액정표시소자는 네마틱 액정을 이용한 액정표시소자의 고속응답을 목적으로 한다.
저분자 강유전성 액정을 이용한 H-V 모드, V 모드의 액정표시소자는 네마틱 액정을 이용한 액정표시소자와 비교해서 응답속도를 향상시킬 수 있다. 또한, 저분자 강유전성 액정을 이용한 H-V 모드, V 모드의 액정표시소자는 쌍안정성과 함께 연속계조 표시를 행한다.
또한, 저분자 강유전성 액정을 이용한 H-V 모드, V 모드의 액정표시소자는 저분자 강유전성 액정이 층 구조이므로, 네마틱 액정을 이용한 액정표시소자와 비교해서 배향 안정성이 떨어진다. 또한, 균일한 배향이 어렵고, 네마틱 액정을 이용한 액정표시소자에 비해 콘트라스트가 떨어진다. 한편, 저분자 강유전성 액정을 배향시키것으로, 러빙법에 의해 배향처리된 배향막을 이용하고 있다.
또한, 저분자 강유전성 액정을 이용한 SS-FLC 모드의 액정표시소자에서 배향 안정성을 향상시키기 위해 고분자 강유전성 액정을 이용한 SS-FLC 모드의 액정표시소자가 제안되고 있다(예를 들면, 특허문헌 3~7 참조).
고분자 강유전성 액정을 이용한 SS-FLC 모드의 액정표시소자는 서로 대향하는 2매의 기판과, 각각의 기판 대향하는 면에 형성된 투명전극과, 기판 사이에 주입된 고분자 강유전성 액정에 의해 형성된 액정층을 갖고 있다. 여기서, 액정층은 기판 사이에 전압을 인가하면 기판에 전단응력을 걸어 고분자 강유전성 액정을 배향시키는 전단법(즈리법)에 의해 배향 처리되고 있다.
고분자 강유전성 액정을 이용한 SS-FLC 모드의 액정표시소자는 네마틱 액정을 이용한 액정표시소자와 동일한 응답 속도를 실현할 수 있지만, 분자량이 크고, 점도가 높으므로 저분자 강유전성 액정을 이용한 액정표시소자보다 응답 속도는 늦어진다.
또한, 고분자 강유전성 액정을 이용한 SS-FLC 모드의 액정표시소자는 원리적으로 쌍안정성을 갖으므로 단순하게 연속 계조 표시를 실시하지 못하고, 연속 계조 표시를 행하기 위해서는 상술한 면적 계조, 도메인 계조, 프레임 계조 등의 기술을 적용할 필요가 있다. 이 경우에는 구조가 복잡하게 되거나 코스트가 비싸지는 문제가 있다.
또한, 고분자 강유전성 액정을 이용한 SS-FLC 모드의 액정표시소자는 고분자 강유전성 액정이 층 구조이므로 네마틱 액정을 이용한 액정표시소자와 비교해서 배향 안정성은 떨어지지만, 분자량이 크기 때문에 저분자 강유전성 액정을 이용한 액정표시소자보다 배향 안정성은 높아진다.
또한, 고분자 강유전성 액정이 층 구조를 가져 균일한 배향이 어렵고, 네마틱 액정을 이용한 액정표시소자 정도의 콘트라스트를 얻을 수 없다. 또한, 분자량이 크기 때문에 러빙법으로 균일 배향을 얻는 것이 어렵고, 공정이 복잡한 전단법(즈리법)에 의해 배향 처리되고 있다.
더구나, 상술한 종래의 네마틱 액정을 이용한 액정표시소자, 저분자 강유전성 액정을 이용한 액정표시소자(SS-FLC 모드, H-V 모드, V 모드) 및 고분자 강유전성 액정을 이용한 액정표시소자(SS-FLC(전단법))의 어느 쪽도 연속 계조 표시를 실시하면서, 전압이 오프되었을 경우에, 그 계조 상태를 보관 유지(메모리)하는 연속 계조 메모리성은 갖고 있지 않다.
연속 계조 표시가 가능한 액정표시소자(예를 들면, 네마틱 액정, H-V 모드, V 모드)에 있어서 배향 각도(전압 인가에 의해서 배향 각도가 변화한다)와 포텐셜과의 관계(포텐셜 커브)는 배향막의 러빙법에 의한 배향 처리의 영향을 크게 받아 결정된다.
또한, 쌍안정성을 갖는 저분자 강유전성 액정 또는 고분자 강유전성 액정을 이용한 SS-FLC 모드의 액정표시소자는 전압의 인가에 의해서, 액정 분자가 쌍안정 위치로 이동한다. 저분자 강유전성 액정 또는 고분자 강유전성 액정을 이용한 SS-FLC 모드에서 배향 각도와 포텐셜과의 관계로부터 종래의 액정표시소자의 원리는 중간 계조로 계조 상태를 메모리 할 수 없다.
그 때문에 종래의 액정표시소자에서는 연속 계조 표시를 실시하면서, 전압이 오프되었을 경우에 그 계조 상태를 보관 유지(메모리)하는 연속 계조 메모리성을 실현할 수 없다는 문제가 있었다. 그래서, 도메인 계조를 적용하여 연속 계조 메모리성을 실현하는 것이 제안되고 있다(예를 들면, 비특허 문헌 1 참조).
이와 같은 점을 감안하여 본 발명의 출원인은 일반적으로 보급되어 있는 네마틱 액정을 이용한 액정표시소자와 동일한 표시 특성을 가지면서도, 연속 계조 표시가 가능하고, 또한 연속 계조 메모리성을 실현할 수 있는 액정표시소자를 이미 제안하고 있다. 이것은 서로 대향하는 양기판 사이에 봉입되는 액정 재료로서 고분자 강유전성 액정을 포함하는 것이다.
[특허 문헌 1] 일본공개특허 특개소 62-131225호 공보
[특허 문헌 2] 일본공개특허 특개 2004-86116호 공보
[특허 문헌 3] 일본공개특허 특개소 56-107216호 공보
[특허 문헌 4] 일본공개특허 특개평 2-240192호 공보
[특허 문헌 5] 일본공개특허 특개평 2-271326호 공보
[특허 문헌 6] 일본공개특허 특개평 3-42622호 공보
[특허 문헌 7] 일본공개특허 특개평 6-281966호 공보
[비특허 문헌 1] Hideo Fujikake et al, "Polymer-Stabilized Ferroeletric Liquid Crystal Devices with Grayscale Memory", Jpn.J.Appl.Phys,Vol.36, pp.6449-6454, 1997
그러나, 서로 대향하는 두 기판 사이에 봉입되는 액정재료로서 고분자 강유전성 액정을 포함하여 구성되는 강유전성 액정에서는 TN 방식이나 IPS 방식의 액정 패널에 비해 액정 분자의 콘트라스트가 떨어진다.
또한, 강유전성 액정은 층 구조를 갖기 때문에 액정 분자의 방향을 일방향으로 가지런히 배열하는 것이 어렵고, 균일한 배향이 어렵다. 그 때문에, 흑(黑) 표시시의 누설 광이 많아 콘트라스트의 향상이 어렵다.
본 발명은 상기와 같은 과제를 해결하기 위한 것으로 고 콘트라스트의 고분자 강유전성 액정을 이용한 액정표시소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 액정표시소자는 서로 대향하는 제 1 기판 및 제 2 기판과, 상기 제 1 기판 및 제 2 기판의 각 대향면에 각각 형성되고, 러빙법에 의해 배향처리된 제 1 배향막 및 제 2 배향막과, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이를 일정하게 유지하기 위한 스페이서와, 상기 제 1 배향막이 형성된 제 1 기판과 상기 제 2 배향막이 형성된 제 2 기판 사이에 고분자 강유전성 액정을 포함한 액정재료가 봉입되어 형성된 액정층을 구비하고, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 러빙 방향은 평행하지 않는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명에 의한 액정표시소자의 제조방법은 서로 대향하고 스페이서에 의해 기판 사이가 일정하게 유지된 제 1 기판 및 제 2 기판의 각 대향면에 러빙법에 의해 배향처리된 제 1 배향막 및 제 2 배향막을 각각 형성하는 단계와, 상기 제 1 배향막이 형성된 제 1 기판과 상기 제 2 배향막이 형성된 제 2 기판 사이에 고분자 강유전성 액정을 포함한 액정재료를 봉입하여 액정층을 형성하는 단계를 구비하고, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 러빙 방향은 평행하지 않게 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의한 액정표시소자 및 그 제조방법에 의하면, 제 1 기판 및 제 2 기판의 러빙 방향이 평행하지 않고 크로스 러빙하는 것으로 비틀어짐을 해소하고 콘트라스트를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시형태에 의한 액정표시소자의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2는 상하기판에 각도를 갖고 크로스러빙시켜 제 1 배향막 및 제 2 배향막을 형성할 때의 설명도이다.
도 3은 트위스트(twist)상태에서 비틀어짐이 크로스러빙을 하는 것으로 해소되어 유니폼(uniform)상태가 되고, 콘트라스트가 상승할 때의 설명도이다.
도 4는 러빙 각도와 콘트라스트의 실험결과를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명에 의한 액정표시소자의 적절한 실시형태에 관해서 도면을 이용하여 설명한다.
도 1은 본 발명에 의한 액정표시소자의 구성을 나타낸 단면도이다.
본 발명에 의한 액정표시소자는 도 1에 도시한 바와 같이, 제 1 기판(1), 제 2 기판(2), 제 1 투명 전극(3), 제 2 투명 전극(4), 제 1 배향막(5), 제 2 배향막(6), 액정층(7) 및 실재(8)를 구비하고 있다.
서로 대향하는 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)은 각각 유리 기판이며, 액정층(7)은 도시하지 않는 스페이서에 의해 일정한 유지된 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)의 사이에 고분자 강유전성 액정을 포함한 액정재료가 봉입되어 형성되고 있다.
여기서, 액정재료는 고분자 강유전성 액정 또는 고분자 강유전성 액정과 저분자 액정과의 혼합물이다. 제 1 기판(1)에는 제 1 기판(1)의 액정층(7)과는 반대측에 구성되어 광원으로서 기능하는 백라이트(도시하지 않음)로부터의 빛이 입사한다.
제 1 투명전극(3)은 제 1 기판(1)의 제 2 기판(2)과 대향하는 면에 형성되고 있다. 제 2 투명전극(4)은 제 2 기판(2)의 제 1 기판(1)과 대향하는 면에 형성되고 있다. 제 1 투명 전극(3) 및 제 2 투명 전극(4)은 각각 화소 전극 및 대향 전극을 구성하고, 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)에 대해서 수직 방향의 전계를 발생시킨다.
제 1 배향막(5)은 제 1 기판(1)의 제 1 투명전극(3)상에 형성되고, 러빙법에 의해 배향 처리되고 있다. 제 2 배향막(6)은 제 2 기판(2)의 제 2 투명 전극(4)상에 형성되어 러빙법에 의해 배향 처리되고 있다.
이어서, 본 발명에 의한 액정표시소자의 제조 순서에 대해 설명한다.
먼저, 제 1 기판(1)에 스퍼터링법 등을 이용하여 제 1 투명 전극(3) 및 TFT(Thin Film Transistor, 도시하지 않음)을 형성한다. 또한, 제 2 기판(2)에 컬러 필터(도시하지 않음)를 형성함과 동시에 컬러 필터상에 제 2 투명 전극(4)을 형성한다.
계속해서, 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)을 세정한 후, 제 1 기판(1)의 제 1 투명 전극(3) 및 TFT상, 및 제 2 기판(2)의 제 2 투명 전극(4)상에 배향막으로서 각각 폴리이미드를 도포한다. 이 폴리이미드는 투명 전극이 형성된 기판상에 스핀 코팅하여 1000Å의 두께로 형성한다.
다음에, 폴리이미드를 도포한 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)에 대해 프리베이크 처리 및 메인 큐어 처리를 실시한 후, 질소 분위기 또는 대기 분위기내에서 소성온도를 230℃~350℃의 범위에서 30분간 고온으로 소성하고, 러빙법에 의해 배향 처리를 실시하여 도 2에 도시한 바와 같이, 상하기판에 각도를 갖고 크로스러빙시켜 제 1 배향막(5) 및 제 2 배향막(6)을 형성한다.
이것에 의해, 도 3에 도시한 바와 같이, Twist 상태에의 비틀어짐이 크로스러빙을 하는 것으로 해소되어 Uniform 상태가 되어 콘트라스트가 상승한다.
계속해서, 제 1 기판(1) 및 제 2 기판(2)을 세정한 후, 제 1 기판(1)의 주변부에 실재(8)를 도포하고, 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)을 합착한다. 다음에, 합착된 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)의 사이에 다음의 화학식으로 나타낸 고분자 강유전성 액정과 저분자 액정을 혼합한 액정재료를 주입 및 봉지하고, 어닐 처리를 실시하여 액정층(7)을 형성한다.
여기서, 고분자 강유전성 액정과 저분자 액정을 혼합하는 것은 액정재료의 점도를 내려 응답 속도를 향상시킴과 함께 동작 가능한 온도 범위를 넓게 하기 위해서이다. 이때, 액정재료를 고분자 강유전성 액정만 사용해도 좋다.
Figure pat00001
한편, 합착된 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)의 사이에 액정 재료를 주입하는 대신에, 제 1 기판(1)과 제 2 기판(2)을 접착하기 전에 실재(8)가 도포된 제 1 기판(1)상에 액정재료를 적하하는 것도 좋다. 액정재료를 적하하는 것으로 액정의 충전 시간을 단축할 수 있다.
계속해서, 액정층(7)이 형성된 액정표시소자에 대해서, AC 75V의 전압을 인가하면서 주파수 62.5㎐, ISO 온도(110℃)에서 실온까지 급냉하는 에이징 처리(전계 인가 처리)를 실시하여 강유전성 액정을 어느 쪽인가의 쌍안정 위치로 배향시킨다. 이때, 강온구배를 10℃/min으로 한다. 이와 같이 소정의 강온구배에 근거해 전계 인가 처리를 실시하는 것에 의해 고분자 강유전성 액정의 특별한 배향 처리는 불필요해진다.
한편, 상술한 바와 같이, 종래의 고분자 강유전성 액정을 이용한 SS-FLC 모드의 액정표시소자에서는 에이징 때, 액정표시소자에 전압을 인가하면서 전단응력을 걸어서 고분자 강유전성 액정을 배향시킨다고 하는 복잡한 공정이 필요했지만, 본 발명에 의한 액정표시소자는 그 필요가 없다.
이와 같이 제조된 패널에 편광판을 부착하여 콘트라스트를 측정했다 콘트라스트는 백(白) 표시시의 밝기/흑(黑) 표시시의 밝기로 주어진다.
표 1과 도 4는, 러빙 각도와 콘트라스트의 실험결과를 나타낸 것이다. 이 실험결과로부터 상기판의 러빙 각도가 0°~ 7°의 범위에서 콘트라스트가 약 100이상이 되어 양호한 것이 되는 것을 이해된다. 이때 하기판의 러빙축은 상기판과는 액정의 비틀어짐이 역방향으로 선대칭을 갖고, 러빙각도가 0°~ -7°의 범위가 된다. 한편, 표 1에서 B는 흑 표시, W는 백 표시, CR은 콘트라스트(W/B)를 나타낸다.
러빙각도(°) 휘도(cd/㎡) CR
하기판 각도 상기판 각도 B W
+10 -10 181 2145 12
+5 -5 36 2191 61
0 0 19 2136 112
-5 +5 14 2158 153
-7 +7 18 2160 120
-10 +10 51 2140 42
이상 상술한 바와 같이, 상하기판에 러빙을 다른 각도로 처리하여 자발 분극을 상하기판 전체로 일치시켜 Uniform 상태로 하는 것으로, 무라나 결함 등의 문제 없이 시야각도 넓고, 또한 콘트라스트를 현저하게 향상시킬 수 있다.
1 : 제 1 기판 2 : 제 2 기판
3 : 제 1 투명전극 4 : 제 2 투명전극
5 : 제 1 배향막 6 : 제 2 배향막
7 : 액정층 8 : 실재

Claims (10)

  1. 서로 대향하는 제 1 기판 및 제 2 기판과,
    상기 제 1 기판 및 제 2 기판의 각 대향면에 각각 형성되고, 러빙법에 의해 배향처리된 제 1 배향막 및 제 2 배향막과,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이를 일정하게 유지하기 위한 스페이서와,
    상기 제 1 배향막이 형성된 제 1 기판과 상기 제 2 배향막이 형성된 제 2 기판 사이에 고분자 강유전성 액정을 포함한 액정재료가 봉입되어 형성된 액정층을 구비하고,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 러빙 방향은 평행하지 않는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판에 대해서 각각의 러빙축은 액정의 비틀어짐의 역방향으로 갖는 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판에 대해서 각각의 러빙축이 선대칭인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 액정재료는 상기 고분자 강유전성 액정만인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 액정재료는 상기 고분자 강유전성 액정과 저분자 액정의 혼합물인 것을 특징으로 하는 액정표시소자.
  6. 서로 대향하고 스페이서에 의해 기판 사이가 일정하게 유지된 제 1 기판 및 제 2 기판의 각 대향면에 러빙법에 의해 배향처리된 제 1 배향막 및 제 2 배향막을 각각 형성하는 단계와,
    상기 제 1 배향막이 형성된 제 1 기판과 상기 제 2 배향막이 형성된 제 2 기판 사이에 고분자 강유전성 액정을 포함한 액정재료를 봉입하여 액정층을 형성하는 단계를 구비하고,
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판의 러빙 방향은 평행하지 않게 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판에 대해서 각각의 러빙축은 액정의 비틀어짐의 역방향으로 갖도록 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판에 대해서 각각의 러빙축이 선대칭으로 형성하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서, 상기 액정재료는 상기 고분자 강유전성 액정만을 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
  10. 제 6 항에 있어서, 상기 액정재료는 상기 고분자 강유전성 액정과 저분자 액정의 혼합물을 사용하는 것을 특징으로 하는 액정표시소자의 제조방법.
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