KR20200040082A - 시야각 스위칭 장치 및 이를 포함하는 디스플레이 패널 - Google Patents

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KR20200040082A
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Abstract

시야각 스위칭 장치 및 이를 포함하는 디스플레이 장치가 개시된다. 상기 시야각 스위칭 장치는 제1 패턴리스 전극, 제2 패턴리스 전극 및 액정층을 포함한다. 상기 액정층은 상기 제1 패턴리스 전극과 상기 제2 패턴리스 전극의 사이에 배치되며, 액정 화합물들, 이색성 염료들 및 무기 나노입자들을 포함한다.
상기 제1 패턴리스 전극과 상기 제2 패턴리스 전극 중 어느 하나의 전극에 양의 직류 펄스 전압이 인가된 때, 상기 무기 나노입자들로 이루어진 수직배향막이 생성된다. 이후, 상기 제1 패턴리스 전극과 상기 제2 패턴리스 전극의 사이에 교류 전계가 인가되면, 상기 무기 나노입자들로 이루어진 수직배향막은 제거된다.

Description

시야각 스위칭 장치 및 이를 포함하는 디스플레이 패널{VIEWING ANGLE SWITCHING DEVICE AND DISPLAY PANEL INCLUDING THE SAME}
발명은 시야각 스위칭 장치 및 이를 포함하는 디스플레이 패널에 관한 것이다.
액정표시장치는 액정 자체의 복굴절 성질로 인하여 편광판과 함께 사용하여 액정의 편광상태를 변화시켜 광 변조기(light modulator)로서의 역할을 하는데, 액정의 복굴절 성질로 인하여 정면 외 시야각 방향에서 디스플레이의 화질 특성이 저하되는 문제를 지닌다.
넓은 시야각 방향에 고화질 특성을 얻기 위해 WV-TN(Wide-Viewing angle Twisted Nematic), Film-compensated VA(Vertical Alignment), FFS(Fringe-field Switching) 모드의 광시야각 특성이 연구되었다.
휴대용 디스플레이의 증가로 인해, 광시야각 모드에서 협시야각 모드로 또는 협시야각 모드에서 광시야각 모드로 사용자의 선호도와 주위환경의 변화에 따라 능동적으로 시야각 조절이 가능한 시야각 조절 장치가 등장하게 되었다.
발명은 광시야각 모드와 협시야각 모드가 저전력으로 스위칭될 수 있으며, 각 모드의 유지를 전압이 불필요한 시야각 스위칭 장치를 제공하고자 한다.
또한, 발명은 디스플레이 패널의 구조 및 공정의 변경을 초래하지 않고, 디스플레이 패널에 단순 부착하는 것 만으로 저전력으로 광시야각 모드와 협시야각 모드를 스위칭할 수 있고, 액정표시장치와 유기전계발광 표시패널 모두에 적용가능한 시야각 스위칭 장치를 제공하고자 한다.
발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 것으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
발명의 일 실시예에 시야각 스위칭 장치는 제1 패턴리스(pattern-less) 전극, 제2 패턴리스 전극, 제1 수평배향막, 제2 수평배향막 및 액정층을 포함한다. 상기 제1 수평배향막은 상기 제1 패턴리스 전극과 상기 제2 패턴리스 전극의 사이에 배치된다. 상기 제2 수평배향막은 상기 제1 수평배향막과 상기 제2 패턴리스 전극의 사이에 배치된다. 상기 액정층은 상기 제1 패턴리스 전극과 상기 제2 패턴리스 전극의 사이에 배치되며, 액정 화합물들, 이색성 염료들 및 무기 나노입자들을 포함한다.
상기 무기 나노입자들의 함량은 0.8 중량% 이상 2 중량% 미만일 수 있으며, 바람직하게는 1.0 중량% 이상 2.0 중량% 미만일 수 있다. 예를 들어, 상기 무기 나노입자들은 실리카 나노입자들일 수 있다.
상기 제1 패턴리스 전극에 양의 직류 펄스 전압이 인가된 때, 상기 제1 수평배향막 상에는 상기 무기 나노입자들로 이루어진 수직배향막이 생성되며, 상기 제1 패턴리스 전극과 상기 제2 패턴리스 전극의 사이에 교류 전계가 인가된 때, 상기 수직배향막이 제거된다.
발명의 다른 일 실시예에 시야각 스위칭 장치는 제1 패턴리스 전극, 제2 패턴리스 전극, 수평배향막, 제1 수직배향막 및 액정층을 포함한다. 상기 수평배향막은 상기 제1 패턴리스 전극과 상기 제2 패턴리스 전극의 사이에 배치된다. 상기 제1 수직배향막은 상기 수평배향막과 상기 제2 패턴리스 전극의 사이에 배치된다. 상기 액정층은 상기 제1 패턴리스 전극과 상기 제2 패턴리스 전극의 사이에 배치되며, 액정 화합물들, 이색성 염료들 및 무기 나노입자들을 포함한다.
상기 무기 나노입자들의 함량은 0.8 중량% 이상 2 중량% 미만일 수 있으며, 바람직하게는 1.0 중량% 이상 2.0 중량% 미만일 수 있다. 예를 들어, 상기 무기 나노입자들은 실리카 나노입자들일 수 있다.
상기 제1 패턴리스 전극에 양의 직류 펄스 전압이 인가된 때, 상기 수평배향막 상에는 상기 무기 나노입자들로 이루어진 제2 수직배향막이 생성되며, 상기 제1 패턴리스 전극과 상기 제2 패턴리스 전극의 사이에 교류 전계가 인가된 때, 상기 제2 수직배향막이 제거된다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
발명에 따른 시야각 스위칭 장치는 적어도 다음과 같은 효과를 발휘할 수 있다.
광시야각 모드와 협시야각 모드가 저전력으로 스위칭될 수 있으며, 각 모드의 유지를 전압이 불필요하다.
디스플레이 패널의 구조 및 공정의 변경을 초래하지 않고, 디스플레이 패널에 단순 부착하는 것 만으로 저전력으로 광시야각 모드와 협시야각 모드를 스위칭할 수 있으며, 액정 표시패널과 유기전계발광 표시패널 모두에 적용가능하다.
발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 발명의 일 실시예에 따른 시야각 스위칭 장치의 모식도이며, (a)는 광시야각 모드를 도시하고, (b)는 협시야각 모드를 도시한다.
도 2는 발명의 다른 일 실시예에 따른 시야각 스위칭 장치의 모식도이며, (a)는 광시야각 모드를 도시하고, (b)는 협시야각 모드를 도시한다.
도 3은 발명의 시야각 스위칭 장치가 적용된 액정 표시패널의 모식도이다.
도 4는 발명의 시야각 스위칭 장치가 적용된 유기전계발광 표시패널의 모식도이다.
도 5는 실리카 나노입자들의 최소 필요 함량에 관한 이미지이다.
도 6은 실리카 나노입자들의 함량 변화에 따른 시야각 특성 변화에 관한 이미지이며, (a)는 실리카 나노입자들의 함량이 1 중량%인 경우의 광시야각 특성을 보여주고, (b)는 실리카 나노입자들의 함량이 2 중량% 인 경우의 광시야각 특성을 보여주며, (c)는 실리카 나노입자들의 함량이 3 중량% 인 경우의 광시야각 특성을 보여준다.
발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되는 실시형태들과 실험예들을 참조하면 명확해질 것이다. 첨부된 도면은 본 명세서에 개시된 기술의 사상을 쉽게 이해할 수 있도록 하기 위한 것일 뿐, 첨부된 도면에 의해 그 기술의 사상이 제한되는 것으로 해석되어서는 아니됨을 유의해야 한다.
또한, 발명은 이하에서 개시되는 내용에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하에서 개시되는 내용은 발명의 개시가 완전하도록 하며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이고, 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 기술의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략할 수 있다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것으로, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 제1 구성요소는 제2 구성요소일 수도 있음은 물론이다.
명세서 전체에서, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 각 구성요소는 단수일 수도 있고 복수일 수도 있다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함하는(including)", "가진(having)" 이라고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
명세서 전체에서, "A 및/또는 B" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, A, B 또는 A 및 B 를 의미하며, "C 내지 D" 라고 할 때, 이는 특별한 반대되는 기재가 없는 한, C 이상이고 D 이하인 것을 의미한다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 "위(on)" 또는 "상(on)"으로 지칭되는 것은 다른 소자 또는 층의 바로 위 뿐만 아니라 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 "직접 위(directly on)" 또는 "바로 위"로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다.
공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다.
이하, 도면을 참고하여, 발명에 대해 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 발명의 일 실시예에 따른 시야각 스위칭 장치(10)의 모식도이며, (a)는 광시야각 모드를 도시하고, (b)는 협시야각 모드를 도시한다. 시야각 스위칭 장치(10)는 상부기판(1S), 하부기판(2S) 및 액정층(LCL)을 포함한다.
상부기판(1S)은 제1 투명기판(1G), 제1 패턴리스(pattern-less) 전극(1E) 및 제1 수평배향막(1AF)을 포함하며, 제1 투명기판(1G) 상에 제1 패턴리스 전극(1E) 및 제1 수평배향막(1AF)이 순차적으로 배치된다. 하부기판(2S)은 제2 투명기판(2G), 제2 패턴리스 전극(2E) 및 제2 수평배향막(2AF)을 포함하며, 제2 투명기판(2G) 상에 제2 패턴리스 전극(2E) 및 제2 수평배향막(2AF)이 순차적으로 배치된다. 액정층(LCL)은 액정 화합물들(LC), 이색성 염료들(DD) 및 무기 나노입자들(NP)을 포함한다.
제1 패턴리스 전극(1E)은 제1 투명기판(1G)과 제2 투명기판(2G)의 사이 및 제1 투명기판(1G)과 액정층(LCL)의 사이에 배치된다. 제1 수평배향막(1AF)은 제1 패턴리스 전극(1E)과 제2 패턴리스 전극(2E)의 사이 및 제1 패턴리스 전극(1E)과 액정층(LCL)의 사이에 배치된다.
제2 패턴리스 전극(2E)은 제1 패턴리스 전극(1E)과 제2 투명기판(2G)의 사이 및 제2 투명기판(2G)과 액정층(LCL)의 사이에 배치된다. 제2 수평배향막(1AF)은 제1 수평배향막(1AF)과 제2 패턴리스 전극(2E)의 사이 및 제2 패턴리스 전극(2E)과 액정층(LCL)의 사이에 배치된다. 액정층(LCL)은 제1 수평배향막(1AF)과 제2 수평배향막(2AF)의 사이에 배치된다.
제1 투명기판(1G)과 제2 투명기판(2G)은 가시광을 투과할 수 있는 유리, 석영 또는 투명 고분자 수지로 이루어질 수 있으며, 투명 고분자 수지의 예로는, 아크릴, TAC(triacetylcellulose), COP(cyclic olefin copolymer), COC(cyclic olefin polymer), PC(polycarbonate), PET(polyethylene naphthalate), PI(polyimide), PEN(polyethylene naphthalate), PES(polyether sulfone), PAR(polyarylate) 등을 들 수 있다.
제1 패턴리스 전극(1E)과 제2 패턴리스 전극(2E)은 슬릿 패턴이 없는 통판 형태의 전극이며, 인듐 주석 산화물, 인듐 아연 산화물, 인듐 산화물, 아연 산화물, 주석 산화물, 갈륨 산화물, 티타늄 산화물 등으로 구성될 수 있다.
제1 수평배향막(1AF)과 제2 수평배향막(2AF)은 유기 배향막일 수 있다. 제1 수평배향막(1AF)과 제2 수평배향막(2AF)은 제2 투명기판(2G)의 하부에 배치된 편광판(POL1)의 흡수축과 동일한 방향으로 러빙되어 있다. 예를 들어, 제1 수평배향막(1AF)과 제2 수평배향막(2AF)은 편광판(POL1)의 흡수축과 동일한 방향으로 러빙처리된 폴리이미드계 배향막일 수 있다.
이색성 염료들(DD)은 흑색 염료일 수 있으며, 두 개의 흡수축을 가지며, 장축의 흡수율이 단축의 흡수율에 비해 좋다. 이색성 염료들(DD)의 이색성 비(dichroic ratio)는 대략 9 내지 대략 12 일 수 있다. 이색성 비가 대략 9 미만인 경우 평행 방향길이가 너무 짧아 협시야각 모드에서 수직 배향 시 시야각 제어 효과가 미미할 수 있고, 이색성 비가 대략 12를 초과하는 경우 광시야각 모드에서 빛의 차단량이 너무 커져서 시인성 및 화질이 저하될 수 있다.
무기 나노입자들(NP)은 음의 전하를 띄고 있는 입자이며, 예를 들어, 무기 나노입자들(NP)은 실리카 나노입자들일 수 있다.
제1 수평배향막(1AF)과 제2 수평배향막(2AF)이 편광판(POL1)의 흡수축과 동일한 방향으로 러빙되어 있기 때문에, 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 전압이 인가되지 않은 때, 모든 액정 화합물들(LC)은 제1 패턴리스 전극(1E) 및 제2 패턴리스 전극(2E)에 대해 수평 배향되며 편광판(POL1)의 흡수축과 나란하게 배향된다.
도 1의 (a)를 참조하면, 액정 화합물들(LC)과 이색성 염료들(DD)은 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 전압이 인가되지 않은 때, 액정층(LCL) 내에 분산되어 있다. 이색성 염료들(DD)은 액정 화합물들(LC)의 움직임에 따라 움직이므로, 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 전압이 인가되지 않은 때, 모든 이색성 염료들(DD)은 제1 패턴리스 전극(1E) 및 제2 패턴리스 전극(2E)에 대해 수평 배향되며 편광판(POL1)의 흡수축과 나란하게 배향된다.
액정 화합물들(LC)과 이색성 염료들(DD)이 모두 제1 패턴리스 전극(1E) 및 제2 패턴리스 전극(2E)에 대해 수평 배향되며 편광판(POL1)의 흡수축과 나란하게 배향되므로, 편광판(POL1)을 투과하여 액정층(LCL)으로 입사된 빛은 이색성 염료들(DD)의 단축을 지나게 되며, 시야각 스위칭 장치(10)가 적용된 디스플레이 패널의 측면에서의 광흡수가 덜 일어나게 된다. 따라서, 시야각 스위칭 장치(10)는, 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 전압이 인가되지 않은 때, 광시야각 모드를 구현할 수 있다.
도 1의 (b)를 참조하면, 제1 패턴리스 전극(1E)에 양의 직류 펄스 전압이 인가되면, 음의 전하를 띈 무기 나노입자들(NP)은 제1 패턴리스 전극(1E) 측으로 이동하며, 제1 수평배향막(1AF) 상에는 무기 나노입자들(NP)로 이루어진 수직배향막(NPA)이 생성된다. 수직배향막(NPA)은 액정 화합물들(LC)과 이색성 염료들(DD)을 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수직 배향시킨다.
수직배향막(NPA)에 의해 이색성 염료들(DD) 중 일부가 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수직 배향되기 때문에, 시야각 스위칭 장치(10)가 적용된 디스플레이 패널에서는 측면으로 갈수록 광 흡수가 많아지게 되어, 시야각 스위칭 장치(10)는 협시야각 모드를 구현할 수 있다. 도 1의 시야각 스위칭 장치(10)는 제1 패턴리스 전극(1E)에 양의 직류 펄스 전압을 인가함으로써 협시야각 모드를 구현할 수 있다.
제1 패턴리스 전극(1E)에 인가된 양의 직류 펄스 전압을 해제한 후에도, 수직배향막(NPA)에 의해 액정 화합물들(LC)의 일부 및 이색성 염료들(DD)의 일부는 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수직 배향되므로, 시야각 스위칭 장치(10)는 협시야각 모드 유지를 위한 전압을 필요로 하지 않는다.
시야각 스위칭 장치(10)는 패턴리스 전극들(1E, 2E)의 사이에 교류 전계를 인가함으로써, 협시야각 모드를 광시야각 모드로 스위칭할 수 있다. 패턴리스 전극들(1E, 2E)의 사이에, 예를 들어, 100Hz 교류 전압이 인가된 때, 수직배향막(NPA)이 제거되어 액정 화합물들(LC)과 이색성 염료들(DD)은 모두 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수평 배향되며, 편광판(POL1)의 흡수축과 나란하게 배향된다.
시야각 스위칭 장치(10)는 광시야각 모드와 협시야각 모드 각각을 유지하기 위한 전압을 필요로 하지 않으며 광시야각 모드와 협시야각 모드의 스위칭 시에만 전압이 필요하므로, 저전력 구동이 가능하다.
수직배향막(NPA)의 표면이 거칠수록 액정 화합물들(LC)의 수직 배향력이 증대된다. 패턴리스 전극들에 전계가 인가된 때, 양의 유전율 이방성의 액정 화합물들은 전계에 평행한 방향으로 배향된다. 따라서, 액정 화합물들(LC)이 양의 유전율 이방성의 액정 화합물들인 경우, 액정 화합물들(LC)이 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수직 배향된 상태에서 수직배향막(NPA)이 형성되고, 음의 유전율 이방성의 액정 화합물들이 적용된 경우에 비해, 수직배향막(NPA)이 거친 표면을 가진다. 따라서, 시야각 스위칭 장치(10)의 우수한 협시야각 특성을 위해, 액정 화합물들(LC)은 양의 유전율 이방성을 가진 액정 화합물들을 포함하는 것이 바람직하다.
무기 나노입자들(NP)의 함량은 0.8 중량% 이상 2 중량% 미만일 수 있다. 무기 나노입자들(NP)의 함량이 0.8 중량% 미만인 경우, 수직배향막(NPA)의 형성이 부족하여 시간이 흐름에 따라 액정 화합물들(LC)의 수직 배향력이 점차 떨어지게 되어 시야각 스위칭 장치(10)의 협시야각 모드 구현 성능이 떨어진다. 따라서, 바람직하게는 무기 나노입자들(NP)의 함량이 1.0 중량% 이상 2.0 중량% 미만일 수 있다.
무기 나노입자들(NP)은 음의 전하를 띄고 있기 때문에, 액정 화합물들(LC)과 혼합 시, 액정 화합물들(LC)의 정렬성을 흐트러뜨린다. 액정 화합물들(LC)의 정렬도가 떨어지면 이색성 염료들(DD)의 정렬성이 떨어지게 되어, 시야각 스위칭 장치(10)의 광시야각 모드 구현 성능이 저하된다. 무기 나노입자들(NP)의 함량이 2 중량% 이상인 경우, 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 전계가 인가되지 않은 때, 액정 화합물들(LC)와 이색성 염료들(DD)의 정렬성이 떨어져 측면 광흡수가 증가되므로, 정면 투과율과 시야각 특성이 점차 저하될 수 있다.
도 2는 발명의 다른 일 실시예에 따른 시야각 스위칭 장치(20)의 모식도이며, (a)는 광시야각 모드를 도시하고, (b)는 협시야각 모드를 도시한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 시야각 스위칭 장치(10)는 수평배향막(1AF, 2AF)를 포함하고 있는 반면에, 시야각 스위칭 장치(20)는 수직배향막(VAF)과 수평배향막(AF)을 포함한다.
도 1의 (a)와 도 2의 (a)를 참조하면, 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 전계가 인가되지 않는 때, 시야각 스위칭 장치(10)에서는 액정 화합물들(LC) 및 이색성 염료들(DD)가 모두 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수평 배향되는 반면에, 시야각 스위칭 장치(20)에서는 수직배향막(VAF)에 의해 액정 화합물들(LC)의 일부 및 이색성 염료들(DD)의 일부가 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수직 배향된다.
도 1의 (b)와 도 2의 (b)를 참조하면, 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 전계가 인가된 때, 시야각 스위칭 장치(10)에서는 수직배향막(NPA)에 의해 액정 화합물들(LC)의 일부 및 이색성 염료들(DD)의 일부가 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수직 배향되는 반면에, 시야각 스위칭 장치(20)에서는 수직배향막(VAF, NPA)에 의해 액정 화합물들(LC) 및 이색성 염료들(DD) 모두가 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수직 배향된다.
배향막의 구성으로 인해, 시야각 스위칭 장치(10)는 시야각 스위칭 장치(20)에 비해 광시야각 특성이 우수한 저전력 구동이 가능한 시야각 스위칭 장치이며, 시야각 스위칭 장치(20)는 시야각 스위칭 장치(10)에 비해 협시야각 특성이 우수한 저전력 구동이 가능한 시야각 스위칭 장치이다.
이하, 도 1에서 시야각 스위칭 장치(10)를 참조하여 설명한 내용과 중복된 설명은 생략하기로 한다. 또한, 설명의 편의를 위해, 제1 패턴리스 전극(1E) 상에 배치된 수직배향막을 제1 수직배향막(VAF)이라 하고, 제2 패턴리스 전극(2E)에 양의 직류 펄스 전압이 인가된 때, 무기 나노입자들(NP)이 제2 패턴리스 전극(2E) 쪽으로 이동하여 수평배향막(AF) 상에 형성되는 수직배향막을 제2 수직배향막(NPA)이라 하기로 한다.
시야각 스위칭 장치(20)는 상부기판(1S), 하부기판(2S) 및 액정층(LCL)을 포함한다. 상부기판(1S)은 제1 투명기판(1G), 제1 패턴리스 전극(1E) 및 제1 수직배향막(VAF)을 포함하며, 제1 투명기판(1G) 상에 제1 패턴리스 전극(1E) 및 제1 수직배향막(VAF)이 순차적으로 배치된다. 하부기판(2S)은 제2 투명기판(2G), 제2 패턴리스 전극(2E) 및 수평배향막(AF)을 포함하며, 제2 투명기판(2G) 상에 제2 패턴리스 전극(2E) 및 수평배향막(AF)이 순차적으로 배치된다.
제1 수직배향막(VAF)은 제1 패턴리스 전극(1E)과 제2 패턴리스 전극(2E)의 사이 및 제1 패턴리스 전극(1E)과 액정층(LCL)의 사이에 배치된다. 수평배향막(AF)은 제1 수직배향막(VAF)과 제2 패턴리스 전극(2E)의 사이 및 제2 패턴리스 전극(2E)과 액정층(LCL)의 사이에 배치된다. 액정층(LCL)은 제1 수직배향막(VAF)과 수평배향막(AF)의 사이에 배치된다.
제1 수직배향막(VAF)과 수평배향막(AF)은 유기 배향막일 수 있다. 제1 수직배향막(VAF)과 수평배향막(AF)은 제2 투명기판(2G)의 하부에 배치된 편광판(POL1)의 흡수축과 동일한 방향으로 러빙되어 있으며, 예를 들어, 제1 수직배향막(VAF)과 수평배향막(2AF)은 편광판(POL1)의 흡수축과 동일한 방향으로 러빙처리된 폴리이미드계 배향막일 수 있다.
수평배향막(AF)이 편광판(POL1)의 흡수축과 동일한 방향으로 러빙되어 있기 때문에, 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 전압이 인가되지 않은 때, 수평배향막(AF) 상에 배향된 액정 화합물들(LC)의 일부는 제1 패턴리스 전극(1E) 및 제2 패턴리스 전극(2E)에 대해 수평 배향되며 편광판(POL1)의 흡수축과 나란하게 배향된다.
도 2의 (a)를 참조하면, 이색성 염료들(DD)은 액정 화합물들(LC)의 움직임에 따라 움직이므로, 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 전압이 인가되지 않은 때, 수평배향막(AF) 상에 배향된 이색성 염료들(DD)의 일부는 제1 패턴리스 전극(1E) 및 제2 패턴리스 전극(2E)에 대해 수평 배향되며 편광판(POL1)의 흡수축과 나란하게 배향된다. 또한, 제1 수직배향막(VAF) 상에 배향된 이색성 염료들(DD)의 일부는 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수직 배향된다.
수평배향막(AF) 상에 배향된 액정 화합물들(LC)의 일부 및 이색성 염료들(DD)의 일부가 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수평 배향되며 편광판(POL1)의 흡수축과 나란하게 배향되므로, 편광판(POL1)을 투과하여 액정층(LCL)으로 입사된 빛은 수평배향막(AF) 상에 배향된 이색성 염료들(DD)의 일부의 단축을 지나게 된다. 따라서, 시야각 스위칭 장치(20)가 적용된 디스플레이 패널의 측면에서의 광흡수가 덜 일어나게 되어, 시야각 스위칭 장치(20)는, 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 전압이 인가되지 않은 때, 광시야각 모드를 구현할 수 있다.
패턴리스 전극들(1E, 2E)에 전계가 인가되지 않는 때, 시야각 스위칭 장치(20)는 제1 수직배향막(VAF)에 의해 액정 화합물들(LC)의 일부 및 이색성 염료들(DD)의 일부가 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수직 배향되어 있으므로, 액정 화합물들(LC) 및 이색성 염료들(DD) 모두가 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수직 배향된 경우(도 1의 (a) 참조)에 비해, 광흡수가 증가한다. 따라서, 시야각 스위칭 장치(20)는 시야각 스위칭 장치(10)에 비해 광시야각 구현 성능이 떨어진다.
도 2의 (b)를 참조하면, 패턴리스 전극(2E)에 양의 직류 펄스 전압이 인가되면, 음의 전하를 띈 무기 나노입자들(NP)은 제2 패턴리스 전극(2E) 측으로 이동하며, 수평배향막(AF) 상에는 무기 나노입자들(NP)로 이루어진 제2 수직배향막(NPA)이 생성된다. 제1 수직배향막(VAF) 및 제2 수직배향막(NPA)에 의해, 액정 화합물들(LC)과 이색성 염료들(DD)은 모두 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수직 배향된다.
이 경우, 시야각 스위칭 장치(20)가 적용된 디스플레이 패널에서는 측면으로 갈수록 광 흡수가 많아지게 되어, 시야각 스위칭 장치(20)는 협시야각 모드를 구현할 수 있다. 시야각 스위칭 장치(20)는 제2 패턴리스 전극(2E)에 양의 직류 펄스 전압을 인가함으로써 협시야각 모드를 구현할 수 있다.
패턴리스 전극들(1E, 2E)에 전계가 인가된 때, 시야각 스위칭 장치(20)는 수직배향막(VAF, NPA)에 의해 액정 화합물들(LC) 및 이색성 염료들(DD) 모두가 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수직 배향되어 있으므로, 액정 화합물들(LC)의 일부 및 이색성 염료들(DD)의 일부가 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수직 배향된 경우(도 1의 (b), 도 2의 (a) 참조)에 비해, 광흡수가 증가한다. 따라서, 시야각 스위칭 장치(20)는 시야각 스위칭 장치(10)에 비해 협시야각 구현 성능이 우수하다.
제2 패턴리스 전극(2E)에 인가된 양의 직류 펄스 전압을 해제한 후에도, 수직배향막(NPA, VAF)에 의해 액정 화합물들(LC) 및 이색성 염료들(DD) 모두가 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수직 배향되므로, 시야각 스위칭 장치(20)는 협시야각 모드 유지를 위한 전압을 필요로 하지 않는다.
시야각 스위칭 장치(20)는 패턴리스 전극들(1E, 2E)의 사이에 교류 전계를 인가함으로써, 협시야각 모드를 광시야각 모드로 스위칭할 수 있다. 패턴리스 전극들(1E, 2E)의 사이에, 예를 들어, 100Hz 교류 전압이 인가된 때, 제2 수직배향막(NPA)이 제거되어 수평배향막(AF)에 의해 액정 화합물들(LC)의 일부 및 이색성 염료들(DD)의 일부가 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수평 배향되며, 편광판(POL1)의 흡수축과 나란하게 배향된다.
시야각 스위칭 장치(20)는 광시야각 모드와 협시야각 모드 각각을 유지하기 위한 전압을 필요로 하지 않으며 광시야각 모드와 협시야각 모드의 스위칭 시에만 전압이 필요하므로, 저전력 구동이 가능하다.
제2 수직배향막(NPA)의 표면이 거칠수록 액정 화합물들(LC)의 수직 배향력이 증대된다. 패턴리스 전극들에 전계가 인가된 때, 양의 유전율 이방성의 액정 화합물들은 전계에 평행한 방향으로 배향된다. 따라서, 액정 화합물들(LC)이 양의 유전율 이방성의 액정 화합물들인 경우, 액정 화합물들(LC)이 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 대해 수직 배향된 상태에서 제2 수직배향막(NPA)이 형성되고, 음의 유전율 이방성의 액정 화합물들이 적용된 경우에 비해, 제2 수직배향막(NPA)이 거친 표면을 가진다. 따라서, 시야각 스위칭 장치(20)의 우수한 협시야각 특성을 위해, 액정 화합물들(LC)은 양의 유전율 이방성을 가진 액정 화합물들을 포함하는 것이 바람직하다.
무기 나노입자들(NP)의 함량은 0.8 중량% 이상 2 중량% 미만일 수 있다. 무기 나노입자들(NP)의 함량이 0.8 중량% 미만인 경우, 제2 수직배향막(NPA)의 형성이 부족하여 시간이 흐름에 따라 액정 화합물들(LC)의 수직 배향력이 점차 떨어지게 되어 시야각 스위칭 장치(20)의 협시야각 모드 구현 성능이 떨어진다. 따라서, 바람직하게는 무기 나노입자들(NP)의 함량이 1.0 중량% 이상 2.0 중량% 미만일 수 있다.
무기 나노입자들(NP)은 음의 전하를 띄고 있기 때문에, 액정 화합물들(LC)과 혼합 시, 액정 화합물들(LC)의 정렬성을 흐트러뜨린다. 액정 화합물들(LC)의 정렬도가 떨어지면 이색성 염료들(DD)의 정렬성이 떨어지게 되어, 시야각 스위칭 장치(20)의 광시야각 모드 구현 성능이 저하된다. 무기 나노입자들(NP)의 함량이 2 중량% 이상인 경우, 패턴리스 전극들(1E, 2E)에 전계가 인가되지 않은 때, 액정 화합물들(LC)와 이색성 염료들(DD)의 정렬성이 떨어져 측면 광흡수가 증가되므로, 정면 투과율과 시야각 특성이 점차 저하될 수 있다.
한편, 기존에는 상부 편광판과 하부 편광판의 사이에 2개의 액정셀을 적층시키거나 시야각 서브 픽셀을 추가하는 등의 방법으로 측면에서의 빛샘을 통해 협시야각 모드를 구현하고, 액정을 +A-plate와 +C-plate로 스위칭하여 시야각을 조절할 수 있었다.
그러나, 전술한 기존의 구조들은 상하부 편광판들의 사이에 2 개의 액정셀들이 배치되어야 하므로, 액정표시 패널에 한정되어 적용가능하고, 상하부 편광판들의 투과축 방향으로는 빛샘 야기가 안되기 때문에 전방향에서의 협시야각 모드 구현이 어려웠으며, 측면 빛샘 야기로 협시야각 모드를 구현하기 때문에 측면에서 빛이 많이 나와 측면의 블랙 구현이 어려웠다.
또한, 전술한 기존의 구조들 중 후자의 경우는, 시야각 스위칭용 서브 픽셀의 전극 구조와 이미지 표현부의 IPS 전극 구조가 패턴리스 전극과 패턴 전극 구조로 서로 상이하여 신규 픽셀의 설계가 요구되었으며, 1/4 부분만 빛샘을 야기하기 때문에 협시야각 모드 구동 시 측면 이미지 차단 효율이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 픽셀의 효율 및 해상도가 감소되는 문제가 있다.
시야각 스위칭 장치들(10, 20)은 디스플레이 패널의 구조 및 공정의 변경을 초래하지 않고, 디스플레이 패널에 단순 부착하는 것 만으로 저전력으로 광시야각 모드와 협시야각 모드를 스위칭할 수 있으며, 액정 표시패널과 유기전계발광 표시패널 모두에 적용 가능하다.
도 3은 발명의 시야각 스위칭 장치가 적용된 액정 표시패널(100)의 모식도이다.
액정 표시패널(100)은 시야각 스위칭 장치(SL), 하부 편광판(POL2), 액정셀(LCL) 및 상부 편광판(POL1)을 포함한다. 액정셀(LCL)은 시야각 스위칭 장치(SL)와 하부 편광판(POL2)의 사이에 배치된다. 상부 편광판(POL1)은 시야각 스위칭 장치(SL)와 액정셀(LCL)의 사이에 배치된다. 시야각 스위칭 장치(SL)는 도 1의 시야각 스위칭 장치(10)이거나 또는 도 2의 시야각 스위칭 장치(20)일 수 있다.
시야각 스위칭 장치(SL)가 도 1의 시야각 스위칭 장치(10)인 때, 제1 수평배향막(1AF)과 제2 수평배향막(2AF)은 각각 상부 편광판(POL1)의 흡수축과 동일한 방향으로 러빙된 유기 배향막일 수 있다. 한편, 시야각 스위칭 장치(SL)가 도 2의 시야각 스위칭 장치(20)인 때, 수평배향막(AF)과 제1 수직배향막(VAF)은 각각 상부 편광판(POL1)의 흡수축과 동일한 방향으로 러빙된 유기 배향막일 수 있다.
도 4는 발명의 시야각 스위칭 장치가 적용된 유기전계발광 표시패널(200)의 모식도이다.
도 4의 유기전계발광 표시패널(200)은 시야각 스위칭 장치(SL), 유기발광소자(OLED) 및 반사방지필름(ARF)을 포함한다. 반사방지필름(ARF)은 편광판(POL1) 및 위상지연필름(QWP)을 포함한다. 편광판(POL1)은 시야각 스위칭 장치(SL)와 유기발광소자(OLED)의 사이에 배치되며, 위상지연필름(QWP)은 유기발광소자(OLED)와 편광판(POL1)의 사이에 배치된다. 시야각 스위칭 장치(SL)는 도 1의 시야각 스위칭 장치(10) 또는 도 2의 시야각 스위칭 장치(20)일 수 있다.
시야각 스위칭 장치(SL)가 도 1의 시야각 스위칭 장치(10)인 때, 제1 수평배향막(1AF)과 제2 수평배향막(2AF)은 각각 편광판(POL1)의 흡수축과 동일한 방향으로 러빙된 유기 배향막일 수 있다. 한편, 시야각 스위칭 장치(SL)가 도 2의 시야각 스위칭 장치(20)인 때, 수평배향막(AF)과 제1 수직배향막(VAF)은 각각 편광판(POL1)의 흡수축과 동일한 방향으로 러빙된 유기 배향막일 수 있다.
시야각 스위칭 장치(20)에서 무기 나노입자들(NP)의 최소 필요 함량 및 함량 변화에 따른 시야각 특성의 변화를 확인하였다. 액정 화합물(LC)로 양의 유전율 이방성의 액정 화합물(ZLI-2293), 이색성 염료(DD)로 흑색 이색성 염료(S-428) 및 무기 나노입자(NP)로 실리카 나노입자(Aerosil R812)를 사용하였다. 제1 수직배향막(VAF)과 수평배향막(AF)은 각각 편광판(POL1)의 흡수축에 대해 45 ° 방향으로 러빙되었다. 제2 패턴리스 전극(2E)에 +10 V의 DC 전압을 1초 동안 인가하여 제2 수직배향막(NPA)를 형성하였다. 도 5 및 도 6 에는 실험 결과가 나타나 있다.
도 5는 무기 나노입자로 실리카 나노입자를 사용하는 경우, 실리카 나노입자들의 최소 필요 함량에 관한 이미지이다. 제2 수직배향막(NPA)에 의한 액정 화합물들(LC) 및 이색성 염료들(DD)의 수직 배향력이 우수할수록 시야각 스위칭 장치(20)가 적용된 디스플레이 패널의 측면 광흡수가 증가하며, 시야각 스위칭 장치(20)의 협시야각 구현 성능이 우수해진다.
도 5 를 참조하면, 실리카 나노입자들의 함량이 1.0 중량% 인 때에 비해, 실리카 나노입자들의 함량이 0.5 중량% 인 경우는, 전계 해제 시 대략 5 초 이상의 시간 경과 후부터 투과율이 증가되었으며, 이는 실리카 나노입자들에 의한 제2 수직배향막(NPA)가 액정 화합물들(LC)을 수직 배향시키지 못함을 의미한다. 도 5는 실리카 나노입자들의 함량이 최소 함량 미만인 때, 전계 해제 이후, 제2 수직배향막(NPA)이 액정 화합물들(LC)을 수직 배향시키지 못함을 보여준다.
도 6은 무기 나노입자로 실리카 나노입자를 사용하는 경우, 실리카 나노입자들의 함량 변화에 따른 시야각 특성 변화에 관한 이미지이다.
실리카 나노입자들은 음의 전하를 띄고 있기 때문에, 액정 화합물들과 혼합 시 액정 화합물들의 정렬을 흐트러뜨려 산란을 일으킨다. 액정 화합물들의 정렬성은 오더 파라미터(Order parameter)로 표현할 수 있으며, Order parameter가 클수록 액정 화합물들의 정렬도가 높은 것을 의미한다.
흑색 이색성 염료들은 액정 화합물들을 따라 움직이므로, 액정 화합물들의 정렬도가 높을수록 흑색 이생성 염료들의 정렬도가 높아진다. 광시야각 모드에서 흑색 이생성 염료들이 편광판의 흡수축과 나란하게 배열되어 있을수록 흑색 이색성 염료들에 의한 광흡수가 최소화될 수 있다. 즉, 흑색 이색성 염료들의 정렬도가 높을수록 측면 광흡수를 최소화하여 시야각 스위칭 장치의 광시야각 모드 성능을 향상시킬 수 있다.
표 1 에서와 같이, 실리카 나노입자들의 함량이 1 중량% 인 경우에 비해, 실리카 나노입자들의 함량이 증가할수록 액정 화합물들의 정렬성과 정면 투과율이 감소하였다.
함량(wt%) 액정 정렬성
(Order parameter)		 정면 투과율
1 0.69 39.8%
2 0.67 38.2%
3 0.65 37.0%
도 6의 (a)는 실리카 나노입자의 함량이 1 중량%인 경우이고, 도 6의 (b)는 실리카 나노입자의 함량이 2 중량% 인 경우이며, 도 6의 (c)는 실리카 나노입자의 함량이 3 중량% 인 경우이다. 도 6 (a) 내지 (c) 를 참조하면, 실리카 나노입자들의 함량이 1 중량% 인 경우에 비해, 실리카 나노입자들의 함량이 증가할수록 측면에서의 광흡수가 증가하여 광시야각 특성이 감소되었다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 실시예들을 설명하였으나, 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 각 실시예에 개시된 내용들을 조합하여 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 발명의 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 이해해야만 한다.
100: 액정 표시패널
200: 유기전계발광 표시패널
10, 20, SL: 시야각 스위칭 장치
POL: 편광판
LC: 액정 화합물
DD: 이색성 염료
NP: 무기 나노입자

Claims (10)

  1. 제1 패턴리스 전극;
    제2 패턴리스 전극;
    상기 제1 패턴리스 전극과 상기 제2 패턴리스 전극의 사이에 배치된 제1 수평배향막;
    상기 제1 수평배향막과 상기 제2 패턴리스 전극의 사이에 배치된 제2 수평배향막; 및
    상기 제1 수평배향막과 상기 제2 수평배향막의 사이에 배치된 액정층;
    을 포함하고,
    상기 액정층은 액정 화합물들, 이색성 염료들 및 무기 나노입자들을 포함하며,
    상기 제1 패턴리스 전극에 양의 직류 펄스 전압의 인가 시, 상기 제1 수평배향막 상에 상기 무기 나노입자들로 이루어진 수직배향막이 생성되며,
    상기 제1 패턴리스 전극과 상기 제2 패턴리스 전극의 사이에 교류 전계의 인가 시, 상기 수직배향막이 제거되는
    시야각 스위칭 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 무기 나노입자들의 함량이 0.8 중량% 이상 2 중량% 미만인
    시야각 스위칭 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 액정 화합물들은 양의 유전율 이방성을 가지며,
    상기 무기 나노입자들은 실리카 나노입자들인
    시야각 스위칭 장치.
  4. 제1 항에 따른 시야각 스위칭 장치;
    하부 편광판;
    상기 시야각 스위칭 장치와 상기 하부 편광판의 사이에 배치된 액정셀; 및
    상기 시야각 스위칭 장치와 상기 액정셀의 사이에 배치된 상부 편광판;을 포함하고,
    상기 제1 수평배향막과 상기 제2 수평배향막은 각각 유기 배향막이며,
    상기 제1 수평배향막과 상기 제2 수평배향막은 각각 상기 상부 편광판의 흡수축과 동일한 방향으로 러빙된
    디스플레이 패널.
  5. 제1 항에 따른 시야각 스위칭 장치;
    유기발광소자;
    상기 시야각 스위칭 장치와 상기 유기발광소자의 사이에 배치된 편광판; 및
    상기 유기발광소자와 상기 편광판의 사이에 배치된 위상지연필름;을 포함하고,
    상기 제1 수평배향막과 상기 제2 수평배향막은 각각 유기 배향막이며,
    상기 제1 수평배향막과 상기 제2 수평배향막은 각각 상기 상부 편광판의 흡수축과 동일한 방향으로 러빙된
    디스플레이 패널.
  6. 제1 패턴리스 전극;
    제2 패턴리스 전극;
    상기 제1 패턴리스 전극과 상기 제2 패턴리스 전극의 사이에 배치된 수평배향막;
    상기 제1 수평배향막과 상기 제2 패턴리스 전극의 사이에 배치된 제1 수직배향막; 및
    상기 수평배향막과 상기 제1 수직배향막의 사이에 배치된 액정층;
    을 포함하고,
    상기 액정층은 액정 화합물들, 이색성 염료들 및 무기 나노입자들을 포함하며,
    상기 제1 패턴리스 전극에 양의 직류 펄스 전압의 인가 시, 상기 수평배향막 상에 상기 무기 나노입자들로 이루어진 제2 수직배향막이 생성되며,
    상기 제1 패턴리스 전극과 상기 제2 패턴리스 전극의 사이에 교류 전계의 인가 시, 상기 제2 수직배향막이 제거되는
    시야각 스위칭 장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 무기 나노입자들의 함량이 0.8 중량% 이상 2 중량% 미만인
    시야각 스위칭 장치.
  8. 제6 항에 있어서,
    상기 액정 화합물들은 양의 유전율 이방성을 가지며,
    상기 무기 나노입자들은 실리카 나노입자들인
    시야각 스위칭 장치.
  9. 제6 항에 따른 시야각 스위칭 장치;
    하부 편광판;
    상기 시야각 스위칭 장치와 상기 하부 편광판의 사이에 배치된 액정셀; 및
    상기 시야각 스위칭 장치와 상기 액정셀의 사이에 배치된 상부 편광판;을 포함하고,
    상기 수평배향막과 상기 제1 수직배향막은 각각 유기 배향막이며,
    상기 수평배향막과 상기 제1 수직배향막은 각각 상기 상부 편광판의 흡수축과 동일한 방향으로 러빙된
    디스플레이 패널.
  10. 제6 항에 따른 시야각 스위칭 장치;
    유기발광소자;
    상기 시야각 스위칭 장치와 상기 유기발광소자의 사이에 배치된 편광판; 및
    상기 유기발광소자와 상기 편광판의 사이에 배치된 위상지연필름;을 포함하고,
    상기 수평배향막과 상기 제1 수직배향막은 각각 유기 배향막이며,
    상기 수평배향막과 상기 제1 수직배향막은 각각 상기 상부 편광판의 흡수축과 동일한 방향으로 러빙된
    디스플레이 패널.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11573438B2 (en) * 2020-04-23 2023-02-07 Coretronic Corporation Electrically controlled viewing angle switching device and display device

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