KR20170123173A - 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

액정캡슐을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 쉘의 두께가 10nm 이상이고 액정캡슐의 지름의 0.15배 이하인 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치를 제공하는데, 액정캡슐의 쉘두께를 제어함으로써, 액정캡슐의 분산 수준과 무관하게 화이트 스팟이 방지되어 블랙 레벨이 감소하고 대조비가 증가되고 투과율이 증가되어 표시품질이 개선된다.

Description

액정캡슐을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법 {Liquid Crystal Display Device And Method Of Fabricating The Same}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 액정캡슐의 액정층을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급진전함에 따라, 대량의 정보를 처리하고 이를 표시하는 디스플레이(display)분야가 발전하고 있는데, 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 시대상에 부응하기 위해 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었다.
이에 따라 색 재현성이 우수하고 박형인 박막트랜지스터 액정표시장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display: TFT-LCD)가 개발되었는데, 액정표시장치는 액정분자의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여 영상을 표시한다.
이러한 액정표시장치는 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판과, 제1 및 제2기판 사이에 형성되는 액정층을 포함하는데, 2개의 유리기판을 사용하므로 무게 및 두께가 증가하고 플렉시블 표시장치에 적용하기 용이하지 않은 단점이 있다.
이를 개선하기 위하여, 기판 상부에 다수의 액정캡슐을 포함하는 액정층을 코팅방식으로 형성하는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치가 제안되었는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치(10)는, 기판(20)과 기판(20) 상부의 액정층(42)을 포함하는데, 액정층(42)은 바인더(44)와 바인더(44) 내부에 분산되는 다수의 액정캡슐(46)을 포함한다.
여기서, 다수의 액정캡슐(46) 각각의 크기(직경)가 가시광선의 파장보다 작을 경우, 바인더(44)와 다수의 액정캡슐(46) 사이의 굴절률 차이에 의한 산란과 같은 광학적 변화가 발생하지 않으므로, 투과율과 같은 액정표시장치(10)의 광학적 특성이 개선된다.
그런데, 다수의 액정캡슐(46)을 바인더(44)에 분산시킬 때, 정전기로 인하여 다수의 액정캡슐(46)의 입자 뭉침(A)이 발생할 수 있으며, 입자 뭉침(A)이 발생한 다수의 액정캡슐(46)의 크기(입자 뭉침(A)의 평균 직경)가 가시광선의 파장보다 큰 경우 강한 산란이 발생하는데, 이를 도면으로 설명한다.
도 2는 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 입자 뭉침에 의한 산란을 설명하기 위한 도면으로, 도 1을 함께 참조하여 설명한다.
도 2에 도시한 바와 같이, 입자 뭉침(A)이 발생한 다수의 액정캡슐(46)의 크기가 가시광선의 파장보다 큰 경우 발생하는 산란은 액정표시장치(10)의 화이트 스팟(white spot)(B)으로 나타나고, 이러한 화이트 스팟에 의하여 액정표시장치(10)의 블랙(black) 레벨이 증가하여 대조비(contrast ratio)가 감소된다.
도 3은 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 투과율 전압 곡선을 도시한 도면이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 액정표시장치(10)인 제1시료(s1)는 액정층(42)에 포함되는 액정캡슐(46)이 상대적으로 얇은 제1쉘(shell)두께를 갖고, 액정표시장치(10)인 제2시료(s2)는 액정층(42)에 포함되는 액정캡슐(46)이 상대적으로 얇고 제1쉘두께보다는 두꺼운 제2쉘두께를 갖는다.
제1시료(s1)의 경우, 화이트 레벨인 최고 투과율은 약 90%로 양호한 편이지만, 입자 뭉침이 상대적으로 많이 발생하여 블랙 레벨인 최저 투과율은 약 5.1%로 증가한다.
그리고, 제2시료(s2)의 경우, 입자 뭉침이 상대적으로 적게 발생하여 블랙 레벨인 최저 투과율은 약 1.5%이지만, 화이트 레벨인 최고 투과율은 약 70%로 감소한다.
이와 같이, 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치(10)에서는, 다수의 액정캡슐(46)이 바인더(44) 내에서 균일하게 분산되지 않아서 입자 뭉침(A)이 발생하며, 이러한 입자 뭉침(A)은 화이트 스팟(B)으로 나타나서 블랙 레벨이 증가하고 대조비가 저하되는 문제가 있다.
이를 개선하기 위해서는 액정캡슐(46)의 표면 개질, 바인더(44)의 최적 선정, 첨가제 도입 등의 분산 조건을 확보해야 하지만, 최적의 분산 조건을 확보하는 데는 한계가 있다.
따라서, 본 발명에서는 나노 크기의 액정 캡슐의 shell 두께를 최적화하여 분산 수준에 관계없이 산란에 의한 white spot을 개선하고, 액정 캡슐 밀도도 극대화하여 모드 투과효율도 개선 할 수 있다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로, 액정캡슐의 쉘두께를 제어함으로써, 액정캡슐의 분산 수준과 무관하게 입자 뭉침 및 화이트 스팟이 방지되어 블랙 레벨이 감소하고 대조비가 증가되는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 액정캡슐의 쉘두께를 제어함으로써, 액정캡슐의 밀도를 최대화 하여 투과율이 증가되는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 바인더와, 상기 바인더 내에 분산되는 다수의 액정캡슐을 포함하고, 상기 다수의 액정캡슐은 각각 외각의 쉘과 액정분자가 배치되는 코어로 구분되고, 인접한 상기 액정캡슐 내부의 상기 액정분자 사이의 이격거리는 20nm 이상이고 상기 액정캡슐의 지름의 0.3배 이하인 액정용액을 제공한다.
그리고, 상기 쉘의 두께는 10nm 이상이고 상기 액정캡슐의 지름의 0.15배 이하일 수 있다.
한편, 본 발명은, 기판과, 상기 기판 상부의 화소영역에 배치되는 박막트랜지스터와, 상기 박막트랜지스터 상부에 배치되는 공통전극과, 상기 박막트랜지스터에 연결되는 화소전극과, 상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부에 배치되고, 다수의 액정캡슐을 포함하는 액정층을 포함하고, 상기 다수의 액정캡슐은 각각 외각의 쉘과 액정분자가 배치되는 코어로 구분되고, 인접한 상기 액정캡슐 내부의 상기 액정분자 사이의 이격거리는 20nm 이상이고 상기 액정캡슐의 지름의 0.3배 이하인 액정표시장치를 제공한다.
그리고, 쉘의 두께는 10nm 이상이고 상기 액정캡슐의 지름의 0.15배 이하일 수 있다.
또한, 상기 액정캡슐 내부의 상기 액정분자 사이의 이격거리는 60nm 이하이거나, 상기 쉘의 두께는 30nm 이하일 수 있다.
그리고, 인접한 상기 액정캡슐 내부의 상기 액정분자 사이의 이격거리는, 상기 다수의 액정캡슐을 둘러싸는 바인더와 상기 액정분자의 비율에 의하여 결정되거나, 상기 액정분자에 혼합되는 모노머와 상기 액정분자의 비율에 의하여 결정될 수 있다.
또한, 상기 액정층에 대한 상기 액정분자의 부피비는 20% 내지 50%의 범위를 가질 수 있다.
그리고, 상기 액정캡슐의 지름은 50nm 내지 200nm의 범위를 가질 수 있다.
또한, 상기 쉘은 폴리비닐알콜(poly vinyl alcohol: PVA) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate: PMMA)로 이루어질 수 있다.
그리고, 상기 다수의 액정캡슐을 둘러싸는 바인더는 투명 또는 반투명의 수용성, 지용성 또는 혼합성 물질로 이루어질 수 있다.
한편, 본 발명은, 기판 상부의 화소영역에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기 박막트랜지스터 상부에 공통전극을 형성하는 단계와, 상기 박막트랜지스터에 연결되는 화소전극을 형성하는 단계와, 상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부에 다수의 액정캡슐을 포함하는 액정층을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 다수의 액정캡슐은 각각 외각의 쉘과 액정분자가 배치되는 코어로 구분되고, 인접한 상기 액정캡슐 내부의 상기 액정분자 사이의 이격거리는 20nm 이상이고 상기 액정캡슐의 지름의 0.3배 이하인 액정표시장치의 제조방법을 제공한다.
그리고, 상기 액정층을 형성하는 단계는, 상기 액정분자에 모노머를 혼합하는 단계와, 상기 액정분자와 상기 모노머의 혼합물을 중합하여 상기 액정캡슐을 포함하는 액정용액을 형성하는 단계와, 베이스필름에 상기 액정캡슐을 포함하는 상기 액정용액을 도포하여 액정캡슐 물질층을 형성하는 단계와, 상기 액정캡슐 물질층을 경화하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 인접한 상기 액정캡슐 내부의 상기 액정분자 사이의 이격거리는, 상기 다수의 액정캡슐을 둘러싸는 바인더와 상기 액정분자의 비율에 의하여 결정되거나, 상기 모노머와 상기 액정분자의 비율에 의하여 결정될 수 있다.
본 발명은, 액정캡슐의 쉘두께를 제어함으로써, 액정캡슐의 분산 수준과 무관하게 입자 뭉침 및 화이트 스팟이 방지되어 블랙 레벨이 감소하고 대조비가 증가되는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은, 액정캡슐의 쉘두께를 제어함으로써, 액정캡슐의 밀도를 최대화 하여 투과율이 증가되는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치를 도시한 도면.
도 2는 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 입자 뭉침에 의한 산란을 설명하기 위한 도면.
도 3은 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 투과율 전압 곡선을 도시한 도면.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 블랙상태 및 화이트상태를 도시한 단면도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 액정층을 도시한 도면.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 투과율 전압 곡선을 도시한 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법을 설명한다.
도 4a 및 도 4b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 블랙상태 및 화이트상태를 도시한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치(110)는, 박막트랜지스터(T), 공통전극(134) 및 화소전극(140)이 형성되는 기판(120)과, 기판(120) 상부의 액정층(142)을 포함한다.
구체적으로, 기판(120) 상부의 각 화소영역(P)에는 게이트전극(122)이 형성되고, 게이트전극(122) 상부의 기판(120) 전면에는 게이트절연층(124)이 형성된다.
게이트전극(122)에 대응되는 게이트절연층(124) 상부에는 반도체층(126)이 형성되고, 반도체층(126)의 양단 상부에는 서로 이격되는 소스전극(128) 및 드레인전극(130)이 형성된다.
여기서, 게이트전극(122), 반도체층(126), 소스전극(128) 및 드레인전극(130)은 박막트랜지스터(T)를 구성한다.
도시하지는 않았지만, 기판(120) 상부에는 서로 교차하여 화소영역(P)을 정의하는 게이트배선 및 데이터배선이 형성되고, 박막트랜지스터(T)는 게이트배선 및 데이터배선에 연결된다.
박막트랜지스터(T) 상부의 기판(120) 전면에는 층간절연층(132)이 형성되고, 층간절연층(132) 상부의 화소영역(P)에는 공통전극(134)이 형성되는데, 공통전극(134)은 박막트랜지스터(T)의 직상부로부터 이격되어 형성되거나 박막트랜지스터(T)의 직상부로부터 이격되면서 박막트랜지스터(T)와 부분적으로 중첩되며 형성될 수 있다.
공통전극(134) 상부의 기판(120) 전면에는 보호층(136)이 형성되고, 보호층(36) 상부의 화소영역(P)에는 화소전극(140)이 형성된다.
여기서, 층간절연층(132) 및 보호층(136)은 드레인전극(130)을 노출하는 드레인콘택홀을 갖고, 화소전극(140)은 드레인콘택홀을 통하여 드레인전극(130)에 연결된다.
공통전극(134)은 판(plate) 형상을 갖고, 화소전극(140)은 서로 이격되는 다수의 바(bar) 형상이거나, 다수의 슬릿(slit)을 갖는 판(plate) 형상을 가질 수 있다.
도 4a 및 도 4b의 실시예에서는 공통전극(134) 상부에 화소전극(140)이 형성되는 것을 예로 들었으나, 다른 실시예에서는 화소전극 상부에 공통전극이 형성될 수도 있으며, 이 경우 화소전극이 판 형상을 갖고 공통전극이 서로 이격되는 다수의 바(bar) 형상 또는 다수의 슬릿(slit)을 갖는 판(plate) 형상을 가질 수 있다.
그리고, 또 다른 실시예에서는 다수의 바(bar) 형상을 갖는 공통전극 및 화소전극이 동일층 또는 상이한 층에 형성될 수도 있다.
한편, 도시하지는 않았지만, 박막트랜지스터(T) 하부, 박막트랜지스터(T)와 공통전극(134) 사이 또는 박막트랜지스터(T)와 화소전극(140) 사이에는 컬러필터층이 형성될 수 있다.
화소전극(140) 상부에는 액정층(142)이 형성되는데, 액정층(142)은 바인더(144)와 바인더(144) 내부에 분산되는 다수의 액정캡슐(146)을 포함하고, 다수의 액정캡슐(146)은 각각 다수의 액정분자(148)를 포함한다.
여기서, 액정층(142)의 두께는 약 2.5μm 내지 약 3.5μm의 범위일 수 있고, 바인더(144)는 투명 또는 반투명일 수 있고, 수용성, 지용성 또는 수용성 및 지용성의 혼합성질을 가질 수 있다.
다수의 액정캡슐(146) 각각은 수 내지 수백 나노미터(nanometer)의 직경을 갖는 고분자 캡슐로서, 폴리비닐알콜(poly vinyl alcohol: PVA)과 같은 수용성 재료 또는 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate: PMMA)과 같은 지용성 재료로 이루어질 수 있다.
다수의 액정분자(148)는 네마틱 액정(nematic liquid crystal), 강유전성 액정(ferroelectric liquid crystal) 및 플렉소 액정(flexo electric liquid crystal) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다.
예를 들어, 다수의 액정캡슐(146) 각각의 캡슐지름은 약 1nm 내지 약 320nm의 범위일 수 있고, 액정층(142)에 대한 다수의 액정캡슐(146)의 부피비는 약 50% 내지 약 80%의 범위일 수 있고, 다수의 액정분자(148) 각각의 굴절률 이방성은 약 0.18 내지 약 0.30의 범위일 수 있으며, 다수의 액정분자(148) 각각의 유전율 이방성은 약 35 내지 약 100의 범위일 수 있다.
그리고, 기판(120) 하부와 액정층(142) 상부에는 각각 제1 및 제2편광층(150, 152)이 형성된다.
한편, 다수의 액정캡슐(146)을 포함하는 액정층(142)은, 제2편광층(152)이 형성되어 있는 베이스필름(미도시) 상면에 노즐(미도시)을 통하여 다수의 액정캡슐(146)을 포함하는 액정용액을 도포하여 액정캡슐 물질층(미도시)를 형성한 후, 액정캡슐 물질층을 건조 또는 경화함으로써, 필름 형태로 형성할 수 있다.
그리고, 점착층 또는 접착제를 이용하여 액정층(142) 및 제2편광층(152)이 형성되어 있는 베이스필름을 박막트랜지스터(T), 공통전극(134) 및 화소전극(138)이 형성되어 있는 기판(120) 상부에 부착하고, 베이스필름을 제거함으로써, 액정표시장치(110)를 완성할 수 있다.
이와 같은 액정표시장치(110)에서는, 용액공정(soluble process)에 의하여 액정층(142)을 형성하므로, 하나의 기판(120)만으로 액정표시장치(110)를 구성할 수 있으며, 그 결과 액정표시장치(110)의 두께 및 무게를 감소시킬 수 있다.
이러한 액정표시장치(110)의 동작을 살펴보면, 도 4a의 블랙상태에서는, 공통전극(134) 및 화소전극(138) 사이에는 전압이 인가되지 않고(OFF), 각 액정캡슐(146) 내부의 다수의 액정분자(148)는 무작위(random)로 배열된다.
이에 따라, 제1편광층(150)을 통과한 빛은 액정층(142)을 통과하면서 편광상태가 변경되지 않고, 제2편광층(152)에 모두 흡수되어 액정표시장치(110)는 블랙을 표시한다.
도 4b의 화이트상태에서는 공통전극(134) 및 화소전극(138) 사이에는 전압(V)이 인가되고(ON), 각 액정캡슐(146) 내부의 다수의 액정분자(148)는 공통전극(134) 및 화소전극(138) 사이에 생성된 전기장에 따라 배열된다.
이에 따라, 제1편광층(150)을 통과한 빛은 액정층(142)을 통과하면서 편광상태가 변경되고, 제2편광층(152)을 통과하여 액정표시장치(110)는 화이트를 표시한다.
이러한 액정표시장치(110)에서, 다수의 액정캡슐(146)은 상분리법(coacervation), 동시중합법(in-situ polymerization), 계면중합법(interfacial polymerization), 용매증발법(solvent evaporation) 중 하나를 이용하여 형성할 수 있다.
예를 들어, 지용성 액정캡슐(146)은 계면중합법을 이용하여 형성할 수 있고, 수용성 액정캡슐(146)은 상분리법을 이용하여 형성할 수 있다.
특히, 액정캡슐(146)은, 액정분자(148)에 모노머를 혼합한 후, 계면중합법을 이용하여 중합함으로써, 내부에 액정분자(148)를 포함하는 고분자 액정캡슐(146)을 형성할 수 있다.
바인더(144)의 재료와 액정캡슐(146)의 재료가 상이한 경우, 액정캡슐(146)의 쉘두께(도 5의 ts)는 액정분자(148)와 모노머의 비율에 의해 결정될 수 있다.
그리고, 바인더(144)의 재료와 액정캡슐(146)의 재료가 동일한 경우, 인접한 액정캡슐(148)의 액정분자(148) 사이의 이격거리(도 5의 g)는 바인더(144)를 구성하는 물질과 액정분자(148)의 비율에 의해 결정될 수 있다.
바인더(144) 내에 분산된 다수의 액정캡슐(146)에 입자 뭉침이 발생할 경우, 2개의 액정캡슐(146)이 서로 접하여 배치되는데, 이 경우에도 2개의 액정캡슐(146) 내의 다수의 액정분자(148)는 액정캡슐(146)의 쉘두께(ts)의 2배인 이격거리(g)만큼 이격된다.
따라서, 액정분자(148)와 모노머의 비율을 조절하여 액정캡슐(146)의 쉘두께(ds)를 입자 뭉침 방지를 위한 최소 이격거리(도 5의 gmin)의 1/2 이상으로 형성하거나, 바인더(144)와 액정분자(148)의 비율을 조절하여 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)를 최소 이격거리(gmin) 이상으로 형성할 경우, 분산이 불균일하여 입자 뭉침이 발생한 경우에도 바인더(144)와 다수의 액정캡슐(146) 사이의 굴절률 차이에 의한 산란을 방지할 수 있으며, 그 결과 화이트 스팟 및 블랙 레벨 증가를 방지하고, 대조비 감소를 방지할 수 있다.
이러한 액정캡슐(146)의 쉘두께(ts) 제어에 의한 산란 방지를 도면을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 액정층을 도시한 도면으로, 도 4a 및 도 4b를 함께 참조하여 설명한다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치(110)의 액정층(142)은, 바인더(144)와 바인더(144) 내부에 분산되는 다수의 액정캡슐(146)을 포함하는데, 다수의 액정캡슐(146) 각각은 외각의 쉘(162)과 액정분자(148)가 배치되는 코어(162)로 구분될 수 있다.
그리고, 다수의 액정캡슐(146) 각각은 캡슐지름(ds), 쉘두께(ts), 코어지름(dc)을 갖는데, 캡슐지름(ds)은 쉘두께(ts)의 2배와 코어지름(dc)의 합으로 가정할 수 있다(ds = 2ts + dc).
인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)는 액정캡슐(146)의 코어(162) 사이의 거리로 나타낼 수 있는데, 입자 뭉침이 발생하여 2개의 액정캡슐(146)이 접한 경우 2개의 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148)는 최소 이격거리(gmin)만큼 이격되며, 최소 이격거리(gmin)는 쉘두께(ts)의 2배와 같다(gmin = 2ts).
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치(110)에서는, 액정캡슐(146)의 쉘두께(ts) 또는 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)를 조절하면 액정분자(148) 사이의 최소 이격거리(gmin)를 제어할 수 있으며, 그 결과 산란 및 화이트 스팟을 방지하여 액정표시장치(110)의 블랙 레벨을 감소시켜 대조비를 증가시킬 수 있다.
또한, 입자 뭉침이 발생하여 2개의 액정캡슐(146)이 접한 경우에도 산란을 방지할 수 있으므로, 액정층(142) 내부에 액정캡슐(146)의 밀도를 최대화 할 수 있으며, 그 결과 액정층(142)의 투과율을 증가시킬 수 있다.
이때, 액정캡슐(146)의 쉘두께(ts) 또는 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)의 범위는 최소 이격거리(gmin)와 액정층(142)에 대한 액정분자(148)의 부피비에 의하여 결정될 수 있는데, 이를 표를 참조하여 설명한다.
표 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 액정층, 액정캡슐 및 액정분자의 관계를 나타내며, 도 4a, 도 4b 및 도 5를 함께 참조하여 설명한다.
Figure pat00001
표 1에 나타낸 바와 같이, 액정캡슐(146)의 캡슐지름(ds)이 약 50nm, 약 100nm, 약 150nm, 약 200nm인 경우에 대하여, 쉘두께(ts), 코어지름(dc), 액정캡슐(146)에 대한 액정분자(148)의 부피비(캡슐 내의 액정부피비) 및 액정층(142)에 대한 액정캡슐(146)의 부피비를 조절하여 액정층(142)에 대한 액정분자(148)의 부피비(액정층 내의 액정부피비)를 제어할 수 있다.
여기서, 입자 뭉침이 발생하여 2개의 액정캡슐(146)이 접한 경우에도 산란을 방지할 수 있으므로, 액정층(142)에 대한 액정캡슐(146)의 부피비는 체심입방구조(body centered cubic: BCC)의 패킹밀도(packing density)인 약 68%를 반영한다.
산란을 방지하기 위한 액정분자(148) 사이의 최소 이격거리(gmin)는 약 20nm로 설정할 수 있으므로, 액정캡슐(146)의 쉘두께(ts)를 약 10nm 이상인 범위로 형성하거나 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)를 약 20nm 이상인 범위로 형성함으로써, 산란 및 화이트 스팟이 방지되어 최저 투과율인 블랙 레벨을 감소시키고 대조비를 증가시킬 수 있다.
그리고, 액정표시장치(110)의 최고 투과율인 화이트 레벨은 약 80% 이상이어야 영상의 표시품질 저하를 방지할 수 있는데, 약 80% 이상의 화이트 레벨을 위해서는 액정층 내의 액정부피비가 약 20% 이상이어야 한다.
즉, 액정표시장치(110)의 블랙 레벨 및 대조비를 개선하기 위해서는 액정캡슐(146)의 쉘두께(ts)를 약 10nm 이상으로 형성하거나 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)를 약 20nm 이상으로 형성하여야 하고, 액정표시장치(110)의 투과율 및 표시품질을 개선하기 위해서는 액정층 내의 액정부피비를 약 20% 이상으로 형성하여야 한다.
여기서, 액정층 내의 액정부피비는, 액정캡슐(146)의 캡슐지름(ds), 쉘두께(ts), 코어지름(dc) 및 캡슐 내의 액정부피비에 의하여 결정될 수 있다.
따라서, 액정캡슐(146)의 쉘두께(ts)의 하한은 블랙 레벨 및 대조비 개선을 고려하여 약 10nm로 결정할 수 있으며, 액정캡슐(146)의 쉘두께(ts)의 상한은 투과율 및 표시품질 개선을 고려하여 캡슐지름(ds)의 약 0.15배(3/20)으로 결정할 수 있다.
또는, 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)의 하한은 블랙 레벨 및 대조비 개선을 고려하여 약 20nm로 결정할 수 있으며, 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)의 상한은 투과율 및 표시품질 개선을 고려하여 캡슐지름(ds)의 약 0.3배(3/10)으로 결정할 수 있다.
예를 들어, 액정캡슐(146)의 캡슐지름(ds)이 약 50nm인 경우, 약 5nm의 쉘두께(ts)에서 액정층 내의 액정부피비가 약 20% 이상이므로, 투과율 및 표시품질 개선을 위한 쉘두께(ts)를 캡슐지름(ds)의 약 0.1배(1/10)인 약 5nm 이하의 범위로 결정하거나, 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)를 캡슐지름(ds)의 약 0.2배(1/5)인 약 10nm 이하의 범위로 결정할 수 있다.
액정캡슐(146)의 캡슐지름(ds)이 약 100nm인 경우 약 5nm, 약 10nm, 약 15nm의 쉘두께(ts)에서 액정층 내의 액정부피비가 약 20% 이상이므로, 블랙 레벨 및 대조비 개선과 투과율 및 표시품질 개선을 위한 쉘두께(ts)를 약 10nm 이상에서 캡슐지름(ds)의 약 0.15배(3/20)인 약 15nm 이하의 범위로 결정하거나, 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)를 캡슐지름(ds)의 약 0.3배(3/10)인 약 20nm 이하의 범위로 결정할 수 있다.
액정캡슐(146)의 캡슐지름(ds)이 약 150nm인 경우 약 5nm, 약 10nm, 약 15nm, 약 20nm의 쉘두께(ts)에서 액정층 내의 액정부피비가 약 20% 이상이므로, 블랙 레벨 및 대조비 개선과 투과율 및 표시품질 개선을 위한 쉘두께(ts)를 약 10nm 이상에서 캡슐지름(ds)의 약 0.13배(2/15)인 약 20nm 이하의 범위로 결정하거나, 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)를 캡슐지름(ds)의 약 0.26배(4/15)인 약 40nm 이하의 범위로 결정할 수 있다.
액정캡슐(146)의 캡슐지름(ds)이 약 200nm인 경우 약 5nm, 약 10nm, 약 15nm, 약 20nm, 30nm의 쉘두께(ts)에서 액정층 내의 액정부피비가 약 20% 이상이므로, 블랙 레벨 및 대조비 개선과 투과율 및 표시품질 개선을 위한 쉘두께(ts)를 약 10nm 이상에서 캡슐지름(ds)의 약 0.15배(3/20)인 약 30nm 이하의 범위로 결정하거나, 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)를 캡슐지름(ds)의 약 0.3배(3/10)인 약 60nm 이하의 범위로 결정할 수 있다.
따라서, 본 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치(110)에서는, 액정캡슐(146)의 쉘두께(ts)를 약 10nm 이상에서 캡슐지름(ds)의 약 0.15배(3/20) 이하로 형성하거나, 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)를 약 20nm 이상에서 캡슐지름(ds)의 약 0.3배(3/10) 이하로 형성함으로써, 블랙 레벨 및 대조비를 개선하면서 투과율 및 표시품질을 개선할 수 있다.
쉘두께(ts)가 약 10nm보다 작거나 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)가 약 20nm보다 작을 경우에는 산란에 의하여 블랙 레벨이 증가하고 대조비가 감소될 수 있으며, 쉘두께(ts)가 캡슐지름(ds)의 약 0.15배(3/20)보다 크거나 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)가 캡슐지름(ds)의 약 0.3배(3/10)보다 클 경우에는 액정분자(148)의 부족으로 투과율이 감소되고 표시품질이 저하될 수 있다.
구체적으로, 캡슐지름(ds)을 약 50nm 내지 약 200nm의 범위로 형성할 수 있고, 쉘두께(ts)를 약 10nm 내지 약 30nm의 범위로 형성하거나 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)를 약 20nm 내지 약 60nm의 범위로 형성할 수 있고, 액정층 내의 액정부피비를 약 20% 내지 약 50%의 범위로 형성할 수 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치(110)의 투과율 및 전압의 관계를 도면을 참조하여 설명한다.
도 6a 및 도 6b는 각각 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 투과율 전압 곡선을 도시한 도면으로, 도 4a, 도 4b 및 도 5를 함께 참조하여 설명한다.
도 6a에 도시한 바와 같이, 액정표시장치(110)인 제1시료는 액정층(142)의 두께는 약 3.1μm이고, 액정캡슐(146)은 폴리비닐알콜(poly vinyl alcohol: PVA)로 이루어지고, 액정캡슐(146)의 쉘두께(ts)는 약 10nm 내지 약 15nm의 범위를 갖거나 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)는 약 20nm 내지 약 30nm의 범위를 갖고, 액정캡슐(146)의 캡슐지름(ds)은 약 100nm 내지 약 200nm의 범위를 갖고, 액정층(142)에 대한 액정분자(148)의 부피비는 약 37%인데, 화이트 레벨인 최고 투과율과 블랙 레벨인 최저 투과율이 각각 약 80% 및 약 0.29%로 양호하여, 블랙 레벨 및 대조비가 개선되고 동시에 투과율 및 표시품질이 개선된다.
도 6b에 도시한 바와 같이, 액정표시장치(110)인 제2시료는 액정층(142)의 두께는 약 3.2μm이고, 액정캡슐(146)은 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate: PMMA)로 이루어지고, 액정캡슐(146)의 쉘두께(ts)는 약 10nm 내지 약 20nm의 범위를 갖거나 인접한 액정캡슐(146) 내부의 액정분자(148) 사이의 이격거리(g)는 약 20nm 내지 약 40nm의 범위를 갖고, 액정캡슐(146)의 캡슐지름(ds)은 약 100nm 내지 약 200nm의 범위를 갖고, 액정층(142)에 대한 액정분자(148)의 부피비는 약 32%인데, 화이트 레벨인 최고 투과율과 블랙 레벨인 최저 투과율이 각각 약 85% 및 약 0.4%로 양호하여, 블랙 레벨 및 대조비가 개선되고 동시에 투과율 및 표시품질이 개선된다.
이상과 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치에서는, 액정캡슐의 쉘두께를 산란이 방지되는 최소 이격거리의 1/2 이상에서 투과율 저하가 방지되는 캡슐지름의 약 0.15배(3/20) 이하로 형성하거나, 인접 액정캡슐의 액정분자 사이의 이격거리를 산란이 방지되는 최소 이격거리 이상에서 투과율 저하가 방지되는 캡슐지름의 약 0.3배(3/10) 이하로 형성함으로써, 액정캡슐의 분산 수준과 무관하게 입자 뭉침 및 화이트 스팟을 방지하여 블랙 레벨이 감소되고 대조비가 증가한다.
그리고, 입자 뭉침이 발생한 경우에도 산란이 방지되므로, 액정캡슐의 밀도를 최대화 하여 투과율이 증가하고 표시품질이 개선된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 액정표시장치 120: 기판
142: 액정층 144: 바인더
146: 액정캡슐 148: 액정분자

Claims (13)

  1. 바인더와;
    상기 바인더 내에 분산되는 다수의 액정캡슐
    을 포함하고,
    상기 다수의 액정캡슐은 각각 외각의 쉘과 액정분자가 배치되는 코어로 구분되고,
    인접한 상기 액정캡슐 내부의 상기 액정분자 사이의 이격거리는 20nm 이상이고 상기 액정캡슐의 지름의 0.3배 이하인 액정용액.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 쉘의 두께는 10nm 이상이고 상기 액정캡슐의 지름의 0.15배 이하인 액정용액.
  3. 기판과;
    상기 기판 상부의 화소영역에 배치되는 박막트랜지스터와;
    상기 박막트랜지스터 상부에 배치되는 공통전극과;
    상기 박막트랜지스터에 연결되는 화소전극과;
    상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부에 배치되고, 다수의 액정캡슐을 포함하는 액정층
    을 포함하고,
    상기 다수의 액정캡슐은 각각 외각의 쉘과 액정분자가 배치되는 코어로 구분되고,
    인접한 상기 액정캡슐 내부의 상기 액정분자 사이의 이격거리는 20nm 이상이고 상기 액정캡슐의 지름의 0.3배 이하인 액정표시장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 쉘의 두께는 10nm 이상이고 상기 액정캡슐의 지름의 0.15배 이하인 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    인접한 상기 액정캡슐 내부의 상기 액정분자 사이의 이격거리는 60nm 이하이거나, 상기 쉘의 두께는 30nm 이하인 액정표시장치.
  6. 제 4 항에 있어서,
    인접한 상기 액정캡슐 내부의 상기 액정분자 사이의 이격거리는, 상기 다수의 액정캡슐을 둘러싸는 바인더와 상기 액정분자의 비율에 의하여 결정되거나, 상기 액정분자에 혼합되는 모노머와 상기 액정분자의 비율에 의하여 결정되는 액정표시장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 액정층에 대한 상기 액정분자의 부피비는 20% 내지 50%의 범위를 갖는 액정표시장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 액정캡슐의 지름은 50nm 내지 200nm의 범위를 갖는 액정표시장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 쉘은 폴리비닐알콜(poly vinyl alcohol: PVA) 또는 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate: PMMA)로 이루어지는 액정표시장치.
  10. 제 3 항에 있어서,
    상기 다수의 액정캡슐을 둘러싸는 바인더는 투명 또는 반투명의 수용성, 지용성 또는 혼합성 물질로 이루어지는 액정표시장치.
  11. 기판 상부의 화소영역에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 박막트랜지스터 상부에 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 박막트랜지스터에 연결되는 화소전극을 형성하는 단계와;
    상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부에 다수의 액정캡슐을 포함하는 액정층을 형성하는 단계
    를 포함하고,
    상기 다수의 액정캡슐은 각각 외각의 쉘과 액정분자가 배치되는 코어로 구분되고,
    인접한 상기 액정캡슐 내부의 상기 액정분자 사이의 이격거리는 20nm 이상이고 상기 액정캡슐의 지름의 0.3배 이하인 액정표시장치의 제조방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 액정층을 형성하는 단계는,
    상기 액정분자에 모노머를 혼합하는 단계와;
    상기 액정분자와 상기 모노머의 혼합물을 중합하여 상기 액정캡슐을 포함하는 액정용액을 형성하는 단계와;
    베이스필름에 상기 액정캡슐을 포함하는 상기 액정용액을 도포하여 액정캡슐 물질층을 형성하는 단계와;
    상기 액정캡슐 물질층을 경화하는 단계
    를 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    인접한 상기 액정캡슐 내부의 상기 액정분자 사이의 이격거리는, 상기 다수의 액정캡슐을 둘러싸는 바인더와 상기 액정분자의 비율에 의하여 결정되거나, 상기 모노머와 상기 액정분자의 비율에 의하여 결정되는 액정표시장치의 제조방법.
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