KR20150138909A

KR20150138909A - 액정표시장치

Info

Publication number: KR20150138909A
Application number: KR1020140065749A
Authority: KR
Inventors: 전지나; 황정임; 김재훈; 이유진
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사; 한양대학교 산학협력단
Priority date: 2014-05-30
Filing date: 2014-05-30
Publication date: 2015-12-11

Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 ULH(Uniformly Lying Helix)모드 액정층을 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 특징은 ULH모드 액정층을 포함하는 액정표시장치를 제공함에 따라, 액정표시장치의 응답속도를 향상시킬 수 있다.
또한, ULH 모드 액정층과 화소전극 그리고 공통전극 사이로 각각 수직배향막과 수평배향막으로 이루어지는 제 1 및 제 2 이중배향막이 개재되도록 함으로써, ULH모드 액정층을 포함함에도 수직/수평배향막을 패턴하여 형성하지 않아도 됨으로써, 배향막을 형성하는 공정 시간을 줄일 수 있다.
이를 통해 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

Description

액정표시장치{Liquid crystal display device}

본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 ULH(Uniformly Lying Helix)모드 액정층을 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.

최근 정보화 시대에 발맞추어 디스플레이(display) 분야 또한 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화, 저소비전력화 장점을 지닌 평판표시장치(flat panel display device : FPD)로서 액정표시장치(liquid crystal display device : LCD), 플라즈마표시장치(plasma display panel device : PDP), 전기발광표시장치(electroluminescence display device : ELD), 전계방출표시장치(field emission display device : FED) 등이 소개되어 기존의 브라운관(cathode ray tube : CRT)을 빠르게 대체하며 각광받고 있다.

이중에서도 액정표시장치는 동화상 표시에 우수하고 높은 콘트라스트비(contrast ratio)로 인해 노트북, 모니터, TV 등의 분야에서 가장 활발하게 사용되고 있다.

이러한 액정표시장치에 이용되는 액정으로는 네마틱(nematic)액정, 스멕틱(smectic)액정 및 콜레스테릭(cholesteric) 액정 등이 있으며, 주로 네마틱 액정이 이용된다.

한편, 액정표시장치는 응답속도가 낮아 잔상에 의한 화질의 저하 등이 수반된다.

따라서, 최근에는 고속 응답속도를 갖는 액정표시장치에 대한 연구가 활발히 진행되고 있고, 이에, ULH(Uniformly Lying Helix)모드 액정을 포함하는 액정표시장치(이하, ULH모드 액정표시장치라 함)가 제안되고 있는데, ULH 모드 액정표시장치는 짧은 피치의 키랄 네마틱(chiral nematic) 액정을 이용하여 변전 광학 효과(flexoelectro-optic effect)를 구현하기 때문에 응답속도가 매우 빠른 특징을 갖는다. 따라서, 액정표시장치의 응답속도를 향상시킬 수 있다.

하지만, 전술한 구성을 갖는 ULH모드 액정표시장치는 액정분자의 피치와 같은 피치로 패턴된 수직/수평 배향막을 필요로 하게 되는데, 현재의 공정기술 상으로는 액정분자의 피치와 같은 피치로 배향막을 패턴하기 매우 어려운 실정이다.

또한, 수직/수평 배향패턴을 평면상에서 교대로 형성해야 하는데, 수직/수평 배향패턴을 교대로 형성하기 위해서는 UV배향 장치 등을 이용하여 분할배향을 실시해야 하므로, 동일한 배향방향을 갖는 배향막을 형성하는 공정에 비해 배향막 형성공정이 길어져 공정시간이 늘어나게 된다. 이는 결국 단위 시간당 생산성이 낮아짐을 야기하기 때문에 공정의 효율성을 낮추게 된다.

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 응답속도와 우수한 특성을 가지며 동시에 명암비가 우수한 액정표시장치를 제공하는 것을 제 1 목적으로 하며, 또한 낮은 전압에 의해 구동될 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것을 제 2 목적으로 한다.

전술한 바와 같이 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 제 1 기판과, 상기 제 1 기판과 간격을 두고 대향 배치되는 제 2 기판과; 상기 제 1 기판의 내측면에 구비되며, 수직배향막과 수평배향막으로 이루어지는 제 1 이중배향막과; 상기 제 2 기판의 내측면에 구비되며, 수직배향막과 수평배향막으로 이루어지는 제 2 이중배향막과; 상기 제 1 및 제 2 이중배향막 사이로 ULH(Uniformly Lying Helix)모드 액정층이 개재되는 액정표시장치를 제공한다.

이때, 상기 제 1 이중배향막은 상기 수직배향막 또는 상기 수평배향막이 상기 ULH모드 액정층과 접하며, 상기 제 2 이중배향막은 상기 수직배향막 또는 상기 수평배향막이 상기 ULH모드 액정층과 접하며, 상기 수직배향막은 폴리이미드(polyimde), 레시틴(lecithin) 또는 실리콘산화물(SiOx)로 이루어진다.

그리고, 상기 수평배향막은 폴리이미드(polyimide), 폴리스티렌(polystrene), 나일론(nylon) 또는 광배향제로 이루어지며, 상기 수직배향막과 상기 수평배향막 중 상기 ULH모드 액정층과 접하는 배향막은 1 ~ 15nm의 두께를 갖는다.

또한, 상기 ULH모드 액정층과 접하는 배향막의 하부에 위치하는 배향막은 10 ~ 300nm의 두께를 가지며, 상기 제 1 기판의 내면으로는 화소전극이 형성되며, 상기 제 2 기판의 내면으로는 상기 화소전극에 대응되는 공통전극이 형성되어, 수직전계를 형성한다.

이때, 상기 ULH모드 액정층은 상기 화소전극과 상기 공통전극으로 전압이 인가된 상태에서 상기 제 1 및 제 2 기판의 사이로 형성되며, 상기 수평배향막 및 상기 수직배향막은 러빙처리된다.

그리고, 상기 제 1 및 제 2 기판의 외측으로 각각 서로 수직한 편광축을 갖는 제 1 및 제 2 편광판이 위치하며, 상기 ULH모드 액정층의 광축은 상기 편광축 중 하나와 평행하다.

위에 상술한 바와 같이, 본 발명에 따라 ULH모드 액정층을 포함하는 액정표시장치를 제공함에 따라, 액정표시장치의 응답속도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

또한, ULH 모드 액정층과 화소전극 그리고 공통전극 사이로 각각 수직배향막과 수평배향막으로 이루어지는 제 1 및 제 2 이중배향막이 개재되도록 함으로써, ULH모드 액정층을 포함함에도 수직/수평배향막을 패턴하여 형성하지 않아도 됨으로써, 배향막을 형성하는 공정 시간을 줄일 수 있는 효과가 있다.

이를 통해 공정의 효율성을 향상시킬 수 있는 효과가 있다.

도 1a ~ 1b는 본 발명에 따른 ULH모드 액정표시장치에서 ULH모드 액정의 구동 원리를 개략적으로 도시한 측면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 ULH모드 액정을 포함하는 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이중배향막의 프리틸트 각의 특성이 조절되는 모습을 나타낸 실험결과에 따른 그래프.
도 4a ~ 4b는 63°의 프리틸트각의 특성을 갖는 이중배향막의 배향특성을 편광광학현미경으로 관찰한 실험결과과 사진.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치로 인가된 전압에 따른 투과도 특성을 측정한 실험결과에 따른 그래프.
도 6a ~ 6d는 본 발명의 실시예에 따른 ULH모드 액정층을 포함하는 액정표시장치를 제조하는 과정에서, 셀 합착 시 전압인가에 따른 구동상태를 나타낸 실험결과 사진.

이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명한다.

본 발명의 액정표시장치는 변전 광학 효과(flexoelectro-optic effect)를 이용하는 ULH(Uniformly Lying Helix) 모드인 것이 특징이다. ULH모드 액정표시장치의 구동 원리를 도면을 참조하여 개략적으로 설명한다.

도 1a ~ 1b는 본 발명에 따른 ULH모드 액정표시장치에서 ULH모드 액정의 구동 원리를 개략적으로 도시한 측면도이다.

도시된 바와 같이, 전압 무인가(OFF) 상태에서 ULH모드 액정은 짧은 피치(pitch)의 키랄 네마틱(chiral nematic) 액정분자가 수십번 꼬여있는 나선형 구조를 가지며, 나선형 구조의 축, 즉 나선축(Z)은 광축(optical axis)에 나란하다.

여기서, 짧은 피치의 키랄 네마틱(chiral nematic)은 0.2 ~ 1.0㎛, 바람직하게는 0.5㎛이하의 짧은 피치를 갖는다. 이러한 ULH모드 액정은 짧은 피치의 키랄 네마틱(chiral nematic) 액정이 나선축(Z)을 갖도록 배열되어 있어, 변전 광학 효과(flexoelectro-optic effect)를 구현할 수 있어 응답속도가 매우 빠른 특징을 갖는다.

ULH 모드 액정은 전압 인가(ON) 상태에서 나선을 형성하고 있는 액정분자의 재배열이 발생됨으로서 나선축(Z)에 대해 광축(OAX)이 틀어지게 된다.

따라서, 전압을 인가하지 않은 상태에서 거의 완벽한 블랙을 구현하게 되고, 전압인가에 의해 나선축(Z)에 대해 광축(OAX)의 기울기가 바뀌게 됨으로써 그레이 및 화이트를 구현하게 된다.

이때 광축(OAX)은 전압인가방향으로 인가되는 전압 세기에 비례하여 기울어지게 되는 것이 특징이다.

또한, ULH모드 액정은 바이메소겐(bimesogen) 액정이 극성(polarity)을 갖는 구조로 배열되기 때문에 응답속도가 매우 빠른 특징을 갖는다.

이 성질로부터 ULH모드 액정의 투과율을 제어하기 위해서는 제 1 및 제 2 편광판(110, 120, 도 2 참조)을 편광축이 서로 수직하게 배치하고, ULH모드 액정층의 광축은 제 1 및 제 2 편광판(110, 120, 도 2 참조) 중 하나의 편광축과 평행하게 배열한다.

이를 위해, 기판(101, 102, 도 2 참조)의 수직 방향으로 전계를 인가하는 것이 필요하다.

따라서, ULH모드 액정층을 포함하는 액정표시장치는 기본적으로 수직전계 방식의 전극 구조가 적합하다.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 ULH모드 액정을 포함하는 액정표시장치를 개략적으로 도시한 도면이다.

도시된 바와 같이, ULH모드 액정층을 포함하는 액정표시장치는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 기판(101, 102)과, 제 1 및 제 2 기판(101, 102) 사이에 위치하는 ULH모드 액정층(105)과, 제 1 및 제 2 기판(101, 102) 각각의 외측에 위치하는 제 1 및 제 2 편광판(110, 120)을 포함한다.

좀더 자세히 살펴보면, 본 발명의 액정표시장치는 어레이기판인 제 1 기판(101)과 컬러필터기판인 제 2 기판(102)이 서로 이격되어 대향하고 있으며, 이 제 1 및 제 2 기판(101, 102)은 ULH 모드 액정층(105)을 사이에 두고 대면 합착되어 구성된다.

여기서, 제 1 기판(101) 상에는 소정간격 이격되어 평행하게 구성된 다수의 게이트배선(미도시)과 게이트배선(미도시)에 근접하여 게이트배선(미도시)과 평행하게 구성된 공통배선(미도시)과, 두 배선(미도시, 미도시)과 교차하며 특히 게이트배선(미도시)과 교차하여 화소영역을 정의하는 데이터배선(미도시)이 구성되어 있다.

이때, 각 화소영역의 게이트배선(미도시)과 데이터배선(미도시)의 교차지점인 스위칭영역에는 박막트랜지스터(미도시)가 형성되며, 실질적으로 화상이 구현되는 표시영역에는 화소전극(107)이 형성되어 있다.　

여기서, 박막트랜지스터는 게이트전극(미도시), 게이트절연막(미도시), 반도체층(미도시), 소스 및 드레인전극(미도시)으로 이루어지며, 화소전극(107)은 드레인전극(미도시)과 연결되어 있다.

그리고, 제 1 기판(101)과 마주보는 제 2기판(102)의 내면으로는 표시영역에 대응하는 개구부를 가지는 격자 형상의 블랙매트릭스(미도시)가 형성되어 있으며, 블랙매트릭스(미도시)의 격자 내부에서 각 화소영역에 대응되게 순차적으로 반복 배열되는 일예로 적(R), 녹(G), 청(B)색의 컬러필터(미도시)가 형성되어 있다.

적(R), 녹(G), 청(B)색의 컬러필터(미도시)는 컬러필터층을 이루게 되며, 각 컬러필터의 배치는 다양하게 변형될 수 있다.

따라서, 본 발명의 액정표시장치는 R, G, B 화소영역 별로 해당 컬러를 발하게 되어, 빛들의 혼색을 통해 풀컬러를 구현하게 된다.

그리고 블랙매트릭스(미도시)와 컬러필터(미도시)를 덮으며 ULH 모드 액정층(105)을 사이에 두고 화소전극(107)과 대향되는 공통전극(109)이 구비되어 있다.

공통전극(109)으로 인가된 공통전압과 화소전극(107)으로 인가된 화소전압의 차이에 의해 ULH 모드 액정층(105)에 전계가 형성되며, 그에 의해 ULH모드 액정층(105)의 광투과량이 조절된다.

여기서 본 발명의 가장 특징적인 구성은 ULH 모드 액정층(105)과 화소전극(107) 그리고 공통전극(109) 사이로 각각 제 1 및 제 2 이중배향막(130, 140)이 개재되는 것이다.

제 1 및 제 2 이중배향막(130, 140)은 각각 수직배향막(132, 142)과 수평배향막(131, 141)으로 이루어진다.

이를 통해, 제 1 및 제 2 이중배향막(130, 140)은 10 ~ 80°의 범위의 프리틸트각(pretilt angle) 특성을 확보할 수 있다.

따라서 ULH모드 액정층(105)으로는 수직배향막(132, 142)과 수평배향막(131, 141)의 배향규제력(anchoring energy)의 중간 특성을 갖는 배향력이 전달되어, ULH 모드 액정(105)의 고유의 나선형 구조 특성만을 가지고 셀의 전체 영역에서 ULH 모드 액정(105)의 광축(도 1b의 OAX)을 일정한 방향으로 배열시킬 수 있다.

이처럼 수직/수평배향막(131, 132, 141, 142)을 교대로 패턴화하지 않아도 됨으로써, 배향막(130, 140)을 형성하는 공정 시간을 줄일 수 있으며, 이를 통해 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

여기서, 이중배향막(130, 140)의 프리틸트각 특성은 제 1 및 제 2 이중배향막(130, 140)의 상하 배치와 두께에 따라 조절할 수 있다. 이에 대해 추후 좀더 자세히 살펴보도록 하겠다.

아울러 비록 도면상에 명확하게 나타나지는 않았지만 이들 두 기판(101, 102) 사이로 충진되는 ULH 모드 액정층(105)의 누설을 방지하기 위해 양 기판(101, 102)의 가장자리를 따라 씰패턴(seal pattern)이 형성된다.

그리고, 블랙매트릭스(미도시)와 컬러필터(미도시) 상부에는 오버코트층(미도시)이 형성될 수 있다.

아울러 액정표시장치가 나타내는 투과율의 차이가 외부로 발현되도록 이의 배면에서 빛을 공급하는 백라이트(150)가 구비된다.

백라이트(150)는 빛을 발하는 광원(미도시)의 위치에 따라 측광형(side type)과 직하형(direct type)으로 구분되는데, 측광형은 액정표시장치에 대해 이의 후방의 일측면으로부터 출사된 광원(미도시)의 빛을 별도의 도광판(미도시)으로 굴절시켜 액정표시장치로 입사시키며, 직하형은 액정표시장치 배면으로 복수개의 광원(미도시)을 직접 배치시켜 빛을 입사시킨다.

본 발명은 이 둘 중 어느 것이나 이용가능하다.

이때, 광원(미도시)은 음극전극형광램프(cold cathode fluorescent lamp)나 외부전극형광램프(external electrode fluorescent lamp)와 같은 형광램프가 이용될 수 있다. 또는, 이러한 형광램프 이외에 발광다이오드(light emitting diode)가 광원으로 이용될 수도 있다.

이와 같이, ULH모드 액정층(105)을 포함하는 액정표시장치는 제 1 및 제 2 기판(101, 102)에 각각 화소전극(107)과 공통전극(109)을 형성하고, 두 전극(107, 109) 사이로 수직전계를 생성하여 ULH 모드 액정층(105)의 광축(도 1b의 OAX)이 틀어지도록 함으로써, ULH 모드 액정층(105)을 통해 화상을 구현하게 된다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 ULH모드 액정층(105)과 화소전극(107) 그리고 공통전극(109) 사이로 각각 수직배향막(132, 142)과 수평배향막(131, 141)으로 이루어지는 제 1 및 제 2 이중배향막(130, 140)이 개재되도록 함으로써, 수직/수평배향막(131, 132, 141, 142)을 패턴하여 형성하던 기존에 비해 배향막(130, 140) 형성공정을 단순화할 수 있어, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

여기서, 이중배향막(130, 140)의 프리틸트각 특성은 제 1 및 제 2 이중배향막(130, 140)의 상하 배치와 각 층에 대한 두께에 따라 조절할 수 있는데, 아래 [표 1]은 제 1 및 제 2 이중배향막(130, 140)의 상하 배치 조합에 대한 여러가지 예들을 보여주고 있다.

	제 1 이중배향막		제 2 이중배향막
	상부	하부	상부	하부
제 1 조합	수평배향막	수직배향막	수평배향막	수직배향막
제 2 조합	수평배향막	수직배향막	수직배향막	수평배향막
제 3 조합	수직배향막	수평배향막	수평배향막	수직배향막
제 4 조합	수직배향막	수평배향막	수직배향막	수평배향막

위의 [표 1]을 참조하면, 제 1 및 제 2 이중배향막(130, 140)에서 ULH모드 액정층(105)에 가장 인접하게 위치하는 상부에 위치하는 상부 배향막이 서로 동일한 수평/수평배향막 또는 수직/수직배향막으로 이루어질 수도 있으며, 또는 서로 다른 수직/수평배향막 또는 수평/수직배향막으로 이루어질 수도 있다.

즉, 수직배향막이 ULH모드 액정층(105)과 접하도록 배치되고, 수평배향막은 수직배향막의 배후에 배치된 구조를 가질 수 있으며, 제1 및 제2 이중배향막(130, 140)의 수평배향막이ULH모드 액정층(105)과 접하도록 하고 수직배향막은 수평배향막의 배후에 배치시킬 수 있다.

제1 이중배향막(130)의 경우에 수평배향막이 ULH모드 액정층(105)과 접하고 제2 이중배향막(140)의 경우에 수직배향막이 ULH모드 액정층(105)과 접하게 배치할 수 있으며, 제1 이중배향막(130)의 경우에 수직배향막이 ULH모드 액정층(105)과 접하고 제2 이중배향막(140)의 경우에 수평배향막이 ULH모드 액정층(105)과 접하게 배치할 수 있다.

이와 같이, 수직배향막(132, 142)과 수평배향막(131, 141)의 이중막으로 배향막(130, 140)을 형성할 경우, ULH모드 액정층(105)으로는 수직배향막(132, 142)과 수평배향막(131, 141)의 배향규제력(anchoring energy)의 중간 특성을 갖는 배향력이 전달되게 된다.

따라서, 본 발명의 액정표시장치는 이중배향막(130, 140)이 10 ~ 80°의 범위의 프리틸트각(pretilt angle) 특성을 확보할 수 있고, 이러한 특성이 ULH 모드 액정(105)의 광축(도 1b의 OAX)이 일정한 방향으로 배열할 수 있게 한다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 ULH모드 액정층(105)과 화소전극(107) 그리고 공통전극(109) 사이로 각각 수직배향막(132, 142)과 수평배향막(131, 141)으로 이루어지는 제 1 및 제 2 이중배향막(130, 140)이 개재되도록 함으로써, 제 1 및 제 2 이중배향막(130, 140)에 의해 ULH 모드 액정층(105) 이 셀 전체 영역에서 광축(도 1b의 OAX)이 일정한 방향으로 배열할 수 있게 된다.

특히, 수직배향막(132, 142)의 배향규제력과 수평배향막(131, 141)의 배향규제력의 중간 특성을 갖는 배향력이 액정분자(105a)로 전달되기 때문에, ULH 모드 액정(105a) 고유의 나선형 구조 특성만을 가지고 셀의 전체 영역에 대해 광축(도 1b의 OAX)이 일정한 방향으로 배열하게 된다.

이와 같이 63°의 프리틸트각 특성을 갖도록 배향된 이중배향막(130, 140)의 배향규제력에 의해 ULH모드 액정층(105)의 광축(도 1b의 OAX)은 일정한 방향으로 손쉽게 정렬이 될 수 있게 된다.

여기서, 수직배향막(132, 142)은 액정분자(105a)를 제 1 및 제 2 기판(101, 102)에 대하여 수직하게 배치시키는 성질을 갖는 것으로, 이와 같은 성질을 갖는 재료라면 특별한 제한없이 사용될 수 있는데, 대표적으로 폴리이미드(polyimde), 레시틴(lecithin) 또는 실리콘산화물(SiOx) 등이 사용될 수 있다.

수평배향막(131, 141)은 액정분자(105a)를 제 1 및 제 2 기판(101, 102)에 대하여 수평하게 배치시키는 성질을 갖는 것으로서, 이와 같은 성질을 갖는 재료라면 특별한 제한은 없이 사용될 수 있으며, 대표적으로는 폴리이미드(polyimide), 폴리스티렌(polystrene), 나일론(nylon) 또는 광배향제 등이 사용될 수 있다.

이러한 수직배향막(131, 142)과 수평배향막(132, 141)은 러빙처리를 거친 후 사용될 수 있으며, 이를 통해 ULH모드 액정층(105)의 배향을 조절할 수 있다. 다만, 러빙처리를 반드시 거쳐야 하는 것은 아니며, 광배향, 나노 그루브 패터닝(nano groove patterning) 등과 같은 다른 배향 방법을 이용할 수도 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 이중배향막의 두께 조절에 따른 이중배향막의 프리틸트각 특성이 조절되는 모습을 나타낸 실험결과 그래프이다.

여기서, 실험은 수평배향막(도 2의 131, 141) 상부로 수직배향막(도 2의 132, 142)을 형성하여 이중배향막(도 2의 130, 140)을 형성할 때, 수평배향막(도 2의 131, 141)의 두께를 200nm로 유지하고 수직배향막(도 2의 132, 142)의 두께에 따른 액정분자(도 2의 105a)의 프리틸트각을 측정하였다.

도 3의 그래프를 참조하면, 수직배향막(도 2의 132, 142)의 두께에 따라 이중배향막(도 2의 130, 140)의 프리틸트각 특성이 조절되는 것을 확인할 수 있다.

특히, 수직배향막(도 2의 132, 142)의 두께가 커질수록 이중배향막(도 2의 130, 140)의 프리틸트각 특성이 점점 증가하며, 수직배향막(도 2의 132, 142)의 두께가 3nm일 때 이중배향막(도 2의 130, 140)의 프리틸트각 특성은 20°이고, 수직배향막(도 2의 132, 142)의 두께가 7nm 이상일 경우 이중배향막(도 2의 130, 140)의 프리틸트각 특성은 거의 80°에 이르는 것을 알 수 있다.

이를 통해, 수평배향막(도 2의 131, 141) 및 수직배향막(도 2의 132, 142)의 두께비를 조절함으로써 원하는 이중배향막(도 2의 130, 140)의 프리틸트각 특성을 구현할 수 있음을 알 수 있다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 ULH모드 액정층(도 2의 105a)을 포함하는 액정표시장치는 제 1 및 제 2 이중배향막(도 2의 130, 140) 중에서 ULH모드 액정층(도 2의 105a)과 가장 인접하게 위치하는 상부 배향막의 두께를 1 ~ 15nm로 형성하는 것이 바람직하며, 기판(도 2의 101, 102)에 인접하게 위치하는 하부 배향막의 두께는 일반적인 배향막의 두께인 10 ~ 300nm의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.

이는, 도 3의 그래프를 참조하면 확인할 수 있는데. 수평배향막(도 2의 131, 141)의 상부로 형성된 수직배향막(도 2의 132, 142)의 두께가 1nm 이하일 경우에는 이중배향막(도 2의 130, 140)의 프리틸트각 특성이 전혀 변화하지 않는 것을 확인할 수 있다. 따라서, 수직배향막(도 2의 132, 142)의 두께는 1nm 이상을 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.

그리고, 수직배향막(도 2의 132, 142)의 두께가 15nm 이상일 경우에는 이중배향막(도 2의 130, 140)의 프리틸트각 특성이 90°도로 형성되기 때문에, 수직배향막(도 2의 132, 142)의 두께는 15nm 이하의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.

이의 실험결과는 수직배향막(도 2의 132, 142) 상부로 수평배향막(도 2의 131, 141)을 형성할 경우에도 마찬가지이다.

그리고, 하부에 위치하는 수평배향막(도 2의 131, 141)은 일반적인 배향막의 두께와 동일하게 형성함으로써, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 ULH모드 액정층(도 2의 105a)을 포함하는 액정표시장치는 제 1 및 제 2 이중배향막(도 2의 130, 140) 중에서 ULH모드 액정층(도 2의 105a)과 가장 인접하게 위치하는 상부 배향막의 두께를 1 ~ 15nm로 형성하는 것이 바람직하며, 기판(도 2의 101, 102)에 인접하게 위치하는 하부 배향막의 두께는 일반적인 배향막의 두께인 10 ~ 300nm의 두께를 갖도록 형성하는 것이 바람직하다.

여기서, 본 발명의 실시예에 따른 ULH모드 액정층(도 2의 105)의 액정분자(도 2의 105a)가 전체 영역으로 균일하게 정렬되도록 하기 위해서는 배향막이 수직배향과 수평배향의 중간 성질인 63°의 프리틸트각을 갖도록 형성하는 것이 바람직하기 때문에, 본 발명의 실험결과에 따르면 수평배향막(도 2의 131, 141)은 200nm의 두께를 갖도록 형성하고 수평배향막(도 2의 131, 141)의 상부로 형성되는 수직배향막(도 2의 132, 142)은 약 5nm의 두께를 갖도록 형성하면 된다.

여기서, 수직배향막(도 2의 132, 142)과 수평배향막(도 2의 131, 141)의 두께는 제 1 이중배향막(도 2의 130) 및 제 2 이중배향막(도 2의 140)에서 독립적으로, 즉, 동일 또는 상이하게 조절될 수 있다.

첨부한 도 4a ~ 4b는 이중배향막(도 2의 130, 140)의 배향특성을 편광광학현미경(polarized optical microscope)으로 관찰한 실험결과 사진이다.

설명에 앞서, P와 A는 편광판(도 2의 110, 120)의 편광축을 나타내고, R은 ULH 모드 액정층(도 2의 105)의 액정분자(도 2의 105a)의 광축을 나타낸다.

첨부한 도 4a와 4b를 참조하면, 본 발명의 실시예와 같이 수직배향막(도 2의 132, 142)과 수평배향막(도 2의 131, 141)으로 이루어지는 이중배향막(도 2의 130, 140)을 형성하고, 이의 이중배향막(도 2의 130, 140)에 따른 ULH모드 액정층(도 2의 105)의 배향 상태를 살펴보았는데, 이중배향막(도 2의 130, 140)이 63°의 프리틸트각 특성을 갖도록 형성함으로써, ULH 모드 액정층(도 2의 105)에 수평배향막(도 2의 131, 141)과 수직배향막(도 2의 132, 142)의 중간 배향규제력이 전달되고, ULH 모드 액정층(도 2의 105)의 광축(도 1b의 OAX)이 전체적으로 일정 방향으로 배열될 수 있게 되어, 도 4a에 도시한 바와 같이 두개의 수직한 편광축을 갖는 제 1 및 제 2 편광판(도 2의 110, 120) 사이에서 액정분자(도 2의 105a)가 두개의 편광축 중 어느 하나와 평행하게 배향될 경우 검은색을 나타내게 된다.

그리고, 도 4b에 도시한 바와 같이 두개의 수직한 편광축을 갖는 제 1 및 제 2 편광판(도 2의 110, 120) 사이에서 ULH모드 액정층(도 2의 105)의 광축이 두개의 편광축과 45°를 이룰 경우 화이트를 나타내게 된다.

이를 통해, 한 방향으로 액정분자(도 2의 105a)가 균일하게 배열되어 있음을 확인할 수 있다.

또한, ULH모드 액정층(도 2의 105)의 액정분자(도 2의 105a)의 광축이 편광판(도 2의 110, 120)의 편광축 중 하나와 평행하게 형성될 경우에는 블랙을 구현하게 되며, 액정분자(도 2의 105a)의 광축이 편광판(도 2의 110, 120)의 편광축 중 하나의 평행하게 형성된 ULH모드 액정층(도 2의 105)에 에 전압을 인가하여 액정분자(도 2의 105a)의 광축을 편광판(도 2의 110, 120)의 편광축과 45°를 이루도록 형성할 경우에는 화이트를 구현할 수 있음을 확인할 수 있다.

첨부한 도 5의 그래프는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치로 인가된 전압에 따른 투과도 특성을 측정한 실험결과에 따른 그래프이다.

도 5의 그래프를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 ULH모드 액정층(도 2의 105)을 포함하는 액정표시장치에 대해 ULH모드 액정층(도 2의 105)과 화소전극(도 2의 107) 그리고 공통전극(도 2의 109) 사이로 각각 수직배향막(도 2의 132, 142)과 수평배향막(도 2의 131, 141)으로 이루어지는 제 1 및 제 2 이중배향막(도 2의 130, 140)이 개재되도록 하여도, 전압이 인가되지 않을 경우에는 블랙이 구현되는 것을 확인할 수 있다.

그리고, 전압이 인가될수록 빛의 투과도가 향상됨에 따라, 화이트를 구현하게 되는 것을 확인할 수 있다.

즉, 본 발명의 실시예에 따른 ULH모드 액정층(도 2의 105)을 포함하는 액정표시장치는 ULH모드 액정층(도 2의 105)과 화소전극(도 2의 107) 그리고 공통전극(도 2의 109) 사이로 각각 수직배향막(도 2의 132, 142)과 수평배향막(도 2의 131, 141)으로 이루어지는 제 1 및 제 2 이중배향막(도 2의 130, 140)을 형성함으로써, 수직/수평배향막(도 2의 131, 132, 141, 142)을 패턴하여 형성하던 기존에 비해 배향막(도 2의 130, 140) 형성공정을 단순화할 수 있어, 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

또한, 수직/수평배향막(도 2의 131, 132, 141, 142)을 패턴하여 형성하지 않더라도 전압 무인가시에는 블랙을 구현할 수 있으며, 전압을 인가할때에는 화이트를 구현할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 ULH모드 액정층(도 2의 105)을 포함하는 액정표시장치는 ULH 모드 액정층(도 2의 105)을 형성하는 과정에서, 화소전극(도 2의 107)과 공통전극(도 2의 109)으로 전압을 인가하여 형성하는 것이 바람직한데, 이를 통해 뛰어난 블랙과 화이트를 구현할 수 있다.

이는 아래 도 6a ~ 6d의 실험결과에 따른 사진을 통해 확인할 수 있다.

도 6a ~ 6d는 본 발명의 실시예에 따른 ULH모드 액정층을 포함하는 액정표시장치를 제조하는 과정에서, 셀 합착 시 전압인가에 따른 구동상태를 나타낸 실험결과 사진이다.

도 6a ~ 6b는 제 1 및 제 2 기판(도 2의 101, 102) 사이로 ULH모드 액정층(도 2의 105)을 형성하는 과정에서, 화소전극(도 2의 107)과 공통전극(도 2의 109)으로 전압을 인가하지 않고 ULH모드 액정층(도 2의 105)을 형성한 액정표시장치의 구동특성을 나타낸 사진이다.

여기서, 도 6a와 도 6b는 화소전극(도 2의 107)과 공통전극(도 2의 109)으로 전압을 인가하지 않고 ULH모드 액정층(도 2의 105)을 형성한 액정표시장치의 블랙상태와 화이트상태를 나타낸 것으로, 도 6a와 6b를 참조하면, 화소전극(도 2의 107)과 공통전극(도 2의 109)으로 전압을 인가하지 않고 ULH모드 액정층(도 2의 105)을 형성한 액정표시장치는 전압을 인가하지 않은 상태에서는 비교적 좋은 블랙을 구현할 수는 있으나, 전압을 인가하여 화상을 구현하고자 할 경우에는 화이트가 구현되지 않는 것을 확인할 수 있다.

이는 곧, 전압을 인가하여도 ULH모드 액정층(도 2의 105)의 액정분자(도 2의 105a)가 편광판(도 2의 110, 120)의 편광축에 45°로 기울어지지 않게 배열되었음을 알 수 있다.

이러한 경우, 액정표시장치의 콘트라스트비(contrast ratio)가 현저하게 낮아지게 되며, 화질저하를 야기하게 된다.

이에 반해, 도 6c와 6d는 본 발명의 실시예에 따라 ULH모드 액정층(도 2의 105)과 화소전극(도 2의 107)과 공통전극(도 2의 109) 사이로 제 1 및 제 2 이중배향막(도 2의 130, 140)을 형성하고, 또한 ULH모드 액정층(도 2의 105)을 형성하는 과정에서, 화소전극(도 2의 107)과 공통전극(도 2의 109) 사이로 전압을 인가하여 전계가 형성된 상태로 ULH모드 액정층(도 2의 105)을 형성한 액정표시장치의 블랙상태와 화이트상태를 나타낸 것으로, 비교적 좋은 블랙과 화이트가 구현되는 것을 확인할 수 있다.

따라서, 본 발명의 실시예에 따른 ULH모드 액정층(도 2의 105)을 포함하는 액정표시장치는 ULH모드 액정층(도 2의 105)을 형성하는 과정에서 화소전극(도 2의 107)과 공통전극(도 2의 109)으로 전압을 인가하는 것이 바람직하다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치는 ULH모드 액정층(도 2의 105)을 포함함에 따라, 액정표시장치의 응답속도를 향상시킬 수 있다.

또한, ULH 모드 액정층(도 2의 105)과 화소전극(도 2의 107) 그리고 공통전극(도 2의 109) 사이로 각각 수직배향막(도 2의 132, 142)과 수평배향막(도 2의 131, 141)으로 이루어지는 제 1 및 제 2 이중배향막(도 2의 130, 140)이 개재되도록 함으로써, ULH모드 액정층(도 2의 105)을 포함함에도 수직/수평배향막(도 2의 131, 132, 141, 142)을 패턴하여 형성하지 않아도 됨으로써, 배향막(도 2의 130, 140)을 형성하는 공정 시간을 줄일 수 있다.

이를 통해 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

본 발명은 상기 실시예로 한정되지 않고, 본 발명의 취지를 벗어나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.

101, 102 : 제 1 및 제 2 기판
105 : ULH모드 액정층(105a : 액정분자)
107 : 화소전극, 109 : 공통전극
110, 120 : 제 1 및 제 2 편광판
130 : 제 1 이중배향막(131 : 수평배향막, 132 : 수직배향막)
140 : 제 2 이중배향막(141 : 수평배향막, 142 : 수직배향막)
150 : 백라이트

Claims

제 1 기판과, 상기 제 1 기판과 간격을 두고 대향 배치되는 제 2 기판과;
상기 제 1 기판의 내측면에 구비되며, 수직배향막과 수평배향막으로 이루어지는 제 1 이중배향막과;
상기 제 2 기판의 내측면에 구비되며, 수직배향막과 수평배향막으로 이루어지는 제 2 이중배향막과;
상기 제 1 및 제 2 이중배향막 사이로 ULH(Uniformly Lying Helix)모드 액정층이 개재되는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 이중배향막은 상기 수직배향막 또는 상기 수평배향막이 상기 ULH모드 액정층과 접하며, 상기 제 2 이중배향막은 상기 수직배향막 또는 상기 수평배향막이 상기 ULH모드 액정층과 접하는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 수직배향막은 폴리이미드(polyimde), 레시틴(lecithin) 또는 실리콘산화물(SiOx)로 이루어지는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 수평배향막은 폴리이미드(polyimide), 폴리스티렌(polystrene), 나일론(nylon) 또는 광배향제로 이루어지는 액정표시장치.
제 2 항에 있어서,
상기 수직배향막과 상기 수평배향막 중 상기 ULH모드 액정층과 접하는 배향막은 1 ~ 15nm의 두께를 갖는 액정표시장치.
제 5 항에 있어서,
상기 ULH모드 액정층과 접하는 배향막의 하부에 위치하는 배향막은 10 ~ 300nm의 두께를 갖는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 기판의 내면으로는 화소전극이 형성되며, 상기 제 2 기판의 내면으로는 상기 화소전극에 대응되는 공통전극이 형성되어, 수직전계를 형성하는 액정표시장치.
제 7 항에 있어서,
상기 ULH모드 액정층은 상기 화소전극과 상기 공통전극으로 전압이 인가된 상태에서 상기 제 1 및 제 2 기판의 사이로 형성되는 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 수평배향막 및 상기 수직배향막은 러빙처리된 액정표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제 1 및 제 2 기판의 외측으로 각각 서로 수직한 편광축을 갖는 제 1 및 제 2 편광판이 위치하는 액정표시장치.
제 10 항에 있어서,
상기 ULH모드 액정층의 광축은 상기 편광축 중 하나와 평행한 액정표시장치.