KR980010521A

KR980010521A - 액정표시소자

Info

Publication number: KR980010521A
Application number: KR1019960029509A
Authority: KR
Inventors: 오평희
Original assignee: 오평희
Priority date: 1996-07-22
Filing date: 1996-07-22
Publication date: 1998-04-30

Abstract

본 발명은 능동구동 액정표시소자에서 빛이 투과되는 부분(화소전극)은 수직배향하고, 빛이 차단되는 부위(신호선, 주사선, BM;Black Matrix)는 수평배향하여 광시야각을 실현한 HTP(Homeotropic to Twisted- Planar)형 액정표시소자에 관한 것이다. 종래의 HTP형 액정표시소자는 수직배향막을 약하게 러빙하여 액정분자배열이 다른 도메인을 생성을 억제했으나, 약하게 러빙하더라도 배향막 표면에서의 선경사각이 88°이상이 되어, 액정층에 문턱치보다 큰 전압이 걸렸을 때의 액정분자의 배향이 불안정해서 디스크리네이션이나 도메인이 많이 생겼다. 본 발명에서는 빛이 투과되지 않는 BM 부분에는 수평배향제를 코팅하고, 빛이 투과되는 화소전극 부분에는 수직배향제를 코팅하여 두 배향제를 러빙하여, 액정층에 문턱치보다 큰 전압이 걸렸을 때의 디스크리네이션이나 도메인이 없게 하였고, 액정셀의 △nd와 트위스트각을 조절하여 최대 투과율이 되게 하였고, 또한 광시야각을 실현하는 위상차필름의 조건을 살펴보았다. 본 발명의 HTP액정표시소자는 주로 10"급 이상의 시야각이 큰 특성이 요구되는 화면소자로 쓰일 수 있다.

Description

액정표시소자

제1도는 HTP 액정모드의 구조 및 동작원리의 설명도.

제2도는 액정층에 걸어준 전압에 따른 HTP 액정셀의 액정방향자의 배열.

제3도는 12.1″SVGA 액정셀의 단위화소와 블랙마트릭스.

제4도는 액정층에 걸어준 전압에 따른 HTP 액정셀의 중간층에서 액정방향자의 경사각의 변화.

제5도는 본 발명의 액정셀의 배향막을 만드는 공정의 한 예.

제6도는 본 발명의 액정셀의 배향막을 만드는 공정의 한 예.

제7도는 위상판을 쓴 본 발명의 액정셀의 광학구조의 한 예.

제8도는 위상판을 쓴 본 발명의 액정셀의 광학구조의 한 예.

＊ 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

1 : 편광판 2 : 검광판

3 : 하 유리기판 4 : 상 유리기판

5 : 액정층 6 : 수직 배향막

7 : 수평 배향막 8 : 포토레지스터

9 : 위상판 10 : BM

11 : 광투과부위

본 발명의 능동구동 액정표시소자에서 빛이 투과되는 부분(화소전극)은 수직배향하고, 빛이 차단되는 부위(신호선, 주사선, BM:Black Matrix)는 수평배향하여 광시야각을 실현한 HTP(Homeotropic to Twisted- Planar)형 액정표시소자에 관한 것이다.

HTP형 액정표시소자의 동작원리는 제1도에 나타나 있다. 유리기판 위에 수직배향막을 입히고 트위스트각이 90°가 되도록 상하 배향막을 약하게 러빙한다. Δε(유전율이방성)이 음인 액정과 미량의 콜레스트릭 액정이 섞인 혼합액정을 주입하면, 문턱치보다 낮은 전압이 액정층에 걸리는 상태에서는 1도의 왼쪽 그림과 같이 액정분자(5)가 유리기판(3, 4)의 평면에 대하여 수직한 배열이 된다. 편광판(1)의 투과축 방향을 상유리기판(4)의 러빙방향에 평행하게 두고, 검광판(2)의 투과축 방향을 편광판(1)의 투과축 방향에 수직으로 두면, 편광판을 지나, 선편광된 빛은 수직배열된 액정층을 지나므로 편광상태의 변화가 없어 검광판에스 흡수되어 화면이 어둡게 된다. 액정층에 문턱치보다 큰 전압이 걸리는 상태에서는 제1도의 오른쪽그림과 같이 액정분자가 배열된다. 배향막에 가까운 액정분자(5)는 수직배열이 되지만 액정층의 가운데 부분에서는 미량의 콜레스트릭 액정 때문에 트위스트 구조가 된다. 따라서 편광판(1)을 지나 선편광된 빛은 수직배열된 액정분자를 지날 때는 편광상태가 변화가 없지만, 트위스트된 액정층을 지날 때는 직선편광된 빛이 선광되어 검광판(2)을 투과되어 화면이 밝게 된다.

제2도는 액정층에 걸어준 전압에 따른 HTP 액정셀의 액정방향자의 배열을 시뮬레이션한 결과이다. 표1은 시뮬레이에선에서 쓴 액정의 물성상수이다. 액정셀의 두께는 5㎛이고, 혼합액정의 피치(Pitch)는 25㎛로 설정했고 상하 배향막에서의 선경사각(Pretilt Angle)은 88°로 하였다. 제2a도는 액정층에 걸린 전압이 0V일 때의 액정분자배열이다. 세로축 값인 theta와 phi는 각각 액정분사의 경사각과 액정분자의 트위스트각을 나타낸다. 가로축 값은 액정층의 위치를 나타낸 것으로 값이 0이면 이 때의 액정층의 위치는 아래기판이고 1이면 윗기판이다. 문턱치보다 낮은 전압이 액정층에 걸리면 액정셀 가운데에서의 액정분자의 경사각 이 배향막 근처보다 큼을 알 수 있다. 액정분자의 트위스트는 액정셀의 두께 방향에 따라서 일정하게 변함을 알 수 있다.

제2b도는 액정층에 걸린 전압이 2.5V일 때의 액정 분자배열이다. 액정셀 가운데에서의 액정분자의 경사각 약 55°로 배향막에서보다 낮다. 액정분자의 트위스트는 액정셀의 두께 방향에 따라서 가운데 보다도 배향막 근처에서 급격하게 변함을 알 수 있다. 제2c도는 액정층에 걸린 전압이 5.0V였을 때의 액정 분자배열이다. 제4도는 액정층에 걸어준 전압에 따른 HTP 액정셀의 중간층에서 액정방향자의 경사각의 변화를 나타낸 것이다. 액정층에 걸린 전압이 커지면 수직배열된 액정분자의 경사각이 작아진다.

HTP형 액정표시소자는 종래의 TN형 액정표시소자에 비하여 시야각특성과 응답특성이 우수하다. 그러나 종래의 HTP형 액정표시소자는 수직배향막을 약하게 러빙하여 도메인(Domain)을 생성을 억제했으나, 약하게 러빙하더라도 배향막 표면에서의 선경사각이 88°이상이 되어, 액정층에 문턱치보다 큰 전압이 걸렸을 때의 액정분자의 배향이 불안정해서 디스크리테이션이나 도메인이 생긴다.

본 발명은 위와 같은 문제점을 해결하기 위하여 빛이 투과되지 않는 BM(10) 부분에는 수평배향제(7)를 러빙하여, 액정층에 문턱치보다 큰 전압이 걸렸을 때의 디스크리네이션이나 도메인이 없는 HTP형 액정표시소자에 관한 것이다. 제3도는 12.1″ SVGA 액정셀의 단위화소의 BM(10) 부분과 빛이 투과되는 화소전극 부분(11)을 나타낸 것이다. 외곽이 BM(10)부분이고, 안이 빛이 투과되는 화소전극(11)이다. 빛이 투과되지 않는 BM부분에는 수평배향막을, 빛이 투과되는 화소전극 부분에는 수직배향막을 두어, 두 배향막을 다 러빙하거나 또는 수평배향막만을 러빙하여 유전율 이방성이 음인 액정을 주입하면, 수평배향막이 코팅된 부분은 인가전압에 따라서 액정분자의 배열이 거의 변하지 않으므로 경계조건(Boundary Condition)이 되어, 화소전극의 액정층에 문턱치보다 큰 전압이 걸렸을 때의 화소전극 부분의 액정분자의 배향을 도메인이 없이 안정하게 해준다. 수평배향막에 있는 액정분자는 경사방향으로 움직임이 없고, 기판에서의 측면전기장(Lateral Field)가 약하기 때문에 수평방향의로의 움직임은 매우 적다. 따라서 BM부분에 수평배향막이 경계조건이 되므로 화소전극에 있는 액정층은 수평배향된 액정층에 따라서 트위스트된다.

제5도는 본발명의 배향막을 코팅하는 공정을 나타낸 것이다.

1. 유리기판(3) 위에 빛이 투과되지 않는 부분(10)(주사선, 신호선, TFT, BM)을 만든다.

2. 수평배향막(7)과 네가티브 포토레즈스터(Negative Photo Register)(8)를 바른다.

3. 유리기판 아래서 노광하여 빛이 투과되는 부분에만 UV 빛이 쬐이도록 노광한다.

4. 식각하여 빛이 투과되지 않는 부분에만 수평배향막(7)이 입혀지도록 한다.

5. 수직배향막(6)을 바르고 포지티브 포토레지스터(Positive photo Register)(8)을 바른다.

6. 노광하고 식각한다.

7. 러빙한다.

제5도와 같은 공정으로 배향막을 만들고 러빙하면 추가로 소요되는 마스크는 없다.

제6도는 수평배향막을 광배향제(배향막+포토레즈스터)로 만든 것을 쓰고, 수직배향제 부분은 러빙하지 않을 경우의 배향막형성 공정도이다.

1. 유리기판(3) 위에 빛이 투과되지 않는 부분(주사선, 신호선, TFT, BM)(10)을 만든다.

2. 수직배향제(6)와 수평배향제(7)를 바르고 러빙한다.

4. 빛이 쬐인 부분의 수평배향제를 식각하고 러빙한다.

수평배향막을 광배향제(배향막＋포토레즈스터)로 만든 것을 쓰고, 수직배향제 부분을 러빙할 경우에는 다음과 같은 공정을 따른다.

① 유리기판 위에 빛이 투과되지 않는 부분(주사선, 신호선, TFT, BM)을 만든다.

② 수직배향제와 수평배향제를 바른다.

③ 유리기판 아래서 노광하여 빛이 투과되는 부분에만 UV 빛이 쬐이도록 노광한다.

④ 빛이 쬐인 부분의 수평배향제를 식각하고 러빙한다.

수직배향과 수평배향이 서로 접하는 부분에서는 액정분자 배열이 연속성으로 때문에 빛이 누설이 되어 콘트라스트가 떨어진다. 따라서 콘트라스트비를 높이기 위해서는 수평배향이 되는 부분이 BM 영역의 안쪽에 있어야 한다. 화소의 개구 면적이 작은 경우에는 주사선 부분의 BM부분에만 수평배향막이 있어도 도메인이 생기지 않을 수도 있고, 반대로 화소의 개구면적이 큰 경우에는 주사선과 신호선 부분의 BM부분외에도 화소의 중안에 수평배향막을 두어야 한다.

HTP형 액정표시소자는 문턱치보다 낮은 전압을 걸었을 때의 액정셀 내의 액정 분자의 경사각이 거의 모든 부분에서 수직에 가깝기 때문에 셀두께 방향으로의 굴절율이 작은 위상판을 붙이면 시야각이 넓어진다. 액정분자의 굴절율 이방성이 Δn이고 액정셀의 두께가 d라면, 액정셀의 두께 방향으로의 위상차판의 굴절율과 두께가 각각 nz과 D이고, 수평방향의 위상차판의 굴절율이 nx과 ny라고 하자. 기판의 수직방향으로 진동하는 빛에 대한 굴절율과 두께가 0이 되면 시야각이 최대가 된다. 수평방향의 위상차판의 평균 굴절율은(nx+ny)/2이기 때문에 아래 조건 부분에서 시야각이 최대가 되는 위상차 조건이 있다.

HTP 액정셀의 경우에는 화면의 어두운 상태는 트위스트 각에 영향을 거의 받지 않으므로, 액정셀의 Δnd와 트위스트각을 조절하여 파장이 550nm의 빛의 투과율이 최대가 되게 한다. 시뮬레이션 결과 Δnd가 약 0.45일 때 투과율이 최대였다. 트위스트각이 70∼110°인 경우에는 시야각 특성이 모든 방향에서 우수하고, 특정방향으로 시야각을 넓게 하기 위해서는 트위스트각을 110∼140°로 만든다.

제7도는 선형위상판(nx＝nz＜ny)(9)을 두장 쓴 본 발명의 액정셀의 광학구조이다. 화살표 방향이 편광판인 경우에는 투과축을, 위상판인 경우에는 굴절율이 큰 광축을, 유리기판인 경우에는 러빙(Rubbing)방향을 나타낸 것이다. 유리기판의 러빙방향과 위상차판의 굴절율이 큰 광축을 수직으로 붙이면 시야각이 커진다. 제8도는 굴절율이 (nz＜nx＝ny)인 위상판(9)을 쓴 액정셀의 광학구조로 위상판은 상하 유리기판 모두에 또는 한 유리기판에만 붙일 수 있다.

본 발명은 빛이 투과되지 않는 BM 부분에는 수평배향제를 코팅하고, 빛이 투과되는 화고 전극 부분에는 수직배향제를 코팅하여 두 배향제를 러빙하여, 액정층에 문턱치보다 큰 전압이 걸렸을 때의 디스크리네이션이나 도메인이 없는 HTP형 액정표시소자에 관한 것으로 주로 10"급 이상의 시야각이 큰 특성이 요구되는 화면소자로 쓰일 수 있다.

Claims

상기 유리기판에 수직배향막을 입히고 트위스트각이 90°가 되게하고, Δε(유전율이방성)이 음인 액정과 미량의 콜레스트릭 액정이 섞인 혼합액정을 주입하여, 액정층에 걸어주는 전압변화로 생기는 액정층을 지난 빛의 편광상태를 변조하여 화상의 정보를 표시하는 HTP(Homeotropic to Twisted-Planar)액정표시소자에 있어서, 화소의 일부분에 수평배향막이 있는 액정표시소자.
제1항에 있어서 빛이 투과되는 부분(화소전극)은 수직배향이고, 빛이 차단되는 부위(신호선, 주사선, BM;Black Matrix)는 수평배향인 액정표시소자.
제1항에 있어서 액정분자의 굴절율 이방성이 Δn이고, 액정셀의 두께가 d라면, 액정셀 두께 방향으로의 위상차판의 굴절율과 두께가 nz과 D이고, 수평방향의 위상차판의 굴절율이 nx와 ny이라면 아래 조건을 만족하는 위상차 필름이 붙은 액정표시소자.
제3항에 있어서 상하 유리기판에 선형위상판이 각각 붙어있고, 액정분자의 장축방향과 위상판의 굴절율이 큰 방향이 이루는 각이 70∼110°인 액정표시소자.
제3항에 있어서 위상판이 굴절율이 (n_z＜n_x＝n_y)인 것을 붙인 액정표시소자.
제1항에 있어서 수직배향막과 수평배향막이 모두 러빙된 액정표시소자.
제1항에 있어서 수평배향막이 있는 부분만 러빙된 액정표시소자.
제1항에 있어서 액정의 굴절율 이방성 △n과 액정층의 두께 d의 곱이 0.3에서 0.6 사이이고, 액정셀의 트위스트 각이 70°에서 140°인 액정표시소자.
상하 유리기판에 수직배향막을 입히고 트위스트각이 90°가 되도록 상하 배향막을 러빙하고 Δε(유전율이방성)이 음인 액정과 콜레스트릭 액정이 섞인 혼합액정을 주입하여 액정층에 걸어주는 전압변화로 생기는 액정층을 지난 빛의 편광상태를 변조하여 화상의 정보를 표시하는 HTP(Homeotroic to Twisted- Planar) 액정표시소자를 만드는 방법에 있어서, 신호선이나 주사선 또는 BM과 같이 빛이 투과하지 않는 부분을 광마스크(Photo Mask)로 하여 노광하는 액정표시소자 제조방법.

※ 참고사항 : 최초출원 내용에 의하여 공개하는 것임.