KR100286938B1 - 액정의계조표시최적화방법과이를이용한반사형액정표시장치 - Google Patents

Abstract

목적 : 본 발명은 하이 트위스트 각도에 의해 높은 콘트라스트를 나타내는 반사형 액정 표시장치로서 전압 변동에 의한 히스테리시스가 일어나지 않게 하는 액정의 계조 표시 최적화 방법과 이를 이용한 반사형 액정 표시장치를 제공하는 것이다.

구성 : 본 발명의 액정 표시장치는 패널 글라스의 일면 러빙을 통해 구현되는 것이며, 일면 러빙은 프리 틸팅 각도가 0.5도 이상 3도 미만인 하드 러빙에서 3도 이상 6도 범위인 소프트 러빙까지 실시될 수 있고, 러빙 후의 배향막 열처리는 하드 러빙에서 115℃로 30분간에 걸쳐 행하되 분당 3℃씩 강온(降溫) 시키는 어닐링 처리로, 또한 소프트 러빙의 경우에는 115℃로 3시간 열처리하되 분당 0.5℃씩 강온 시키는 어닐링 처리로 행하는 것이다.

효과 : 본 발명에 따른 액정 표시장치는 인가 전압 1.4V에서 2.6V 까지 거의 비례적으로 휘도가 상승하여 낮은 전압에서 양호하게 계조 표시를 할 수 있다.

Description

액정의 계조 표시 최적화 방법과 이를 이용한 반사형 액정 표시장치{Reflex type LCD and method for making the same}

본 발명은 액정 표시장치에 관한 것으로서, 특히 상 천이 게스트 호스트 모드(Phase change guest host mode)의 반사형 액정 표시장치로서 액정의 계조 표시 최적화 방법과 이를 이용한 반사형 액정 표시장치에 관한 것이다.

상 천이 게스트 호스트 모드의 액정 표시장치는 표시의 선명성과 산뜻한 외견이 장점으로 나타나면서도 표시 색상이 시각, 온도, 셀 두께 등에 영향받지 않고, 그 중에서 게스트 호스트형은 2색성이 양호한 다이의 개발을 시초로 현재 각광받는 컬러 표시법으로 주목되고 있다.

게스트 호스트형은 2색성 다이의 흡수 스펙트럼이 다이 분자의 장축과 입사 편광의 진동 방향이 이루는 각도에 강하게 의존하는 것을 이용하여 다색 표시되게 하고 있다. 즉 게스트인 2색성 염료를 일정 배열의 호스트 액정에 용해시켜 액정의 배열을 전계로 제어하였을 때에 상기 다이의 배열도 동시에 제어되게 함으로써 색 농도의 변화를 이용하는 것이다.

게스트 호스트형의 컬러 표시 성능은 액정이 가지는 다이 분자의 질서도(Order parameter) 또는 2색성 비(Dichroic ratio)로 표시함이 일반적이다.

그런데 게스트 호스트형에서 콘트라스트가 양호한 컬러 표시의 구현은 상기 다이 분자의 질서도와 2색성 비를 가급적 크게 하였을 때에 얻어질 수 있으며, 이는 액정과 다이의 선택 및 액정의 광활성에 영향을 주는 셀 갭 그리고 액정의 트위스트 각 등을 최적화 하는 방법을 통해 접근될 수 있다.

콜린 M 와스터외 1인이 발명한 미국 특허 제4,596,446호, 그리고 유타카 사와야마외 1인이 제안한 미국 특허 제5,579,142호는 상술한 최적화에 근접하는 방법의 예를 개시하고 있다.

그러나 액정과 다이를 최적의 것으로 선택하더라도 반사형 액정 표시장치에서는 그것이 네거형인가 포지형인가에 따라 시인성(視認性)이 달라지는 또 다른 문제점이 있다. 일반적으로 네거형은 반사형 액정 표시장치에서 포지형에 비해 시인성이 좋은 밝은 표시를 얻기가 어렵다. 그렇지만 시인성이 좋은 포지형은 그 동작 전압이 10∼15V로 상당히 높기 때문에 저전압 구동의 관점에서 불리한 단점을 가지고 있다.

반사형 액정 표시장치를 네거형으로 하였을 때에 시인성이 좋지 않게 되는 단점은 액정의 트위스트 각을 270도 이상으로 하여 해소할 수 있다고 알려져 있으나 이 경우에는 히스테리시스가 발생하여 계조 표시를 행하기가 어렵게 된다.

유타카 이시외 2인이 제안한 미국 특허 제4,579,425호는 액정 표시장치의 히스테리시스를 저감시키기 위한 방법을 개시하고 있다. 이에 따르면 액정 결정의 히스테리시스 특성은 액정의 트위스트 각도를 270∼315도의 범위로 높게 설정하여도 액정의 복굴절율을 0.14와 같거나 그 이하로 하고, 또 액정층의 두께를 7㎛와 같거나 그 이하로 하여 감소시킬 수 있다 하고 있다.

그러나 액정 표시장치의 칼라 수를 결정하는 계조 표시는 액정의 히스테리시스에 직접적 영향을 받기 때문에 시인성이 양호한 반사형 액정 표시장치를 얻으려면 히스테리시스 문제를 완전히 해소해야 한다.

본 발명의 목적은 270도 범위의 액정 트위스트 각에 의해 높은 콘트라스트를 나타내는 반사형 액정 표시장치로서 히스테리시스가 일어나지 않게 하는 액정의 계조 표시 최적화 방법과 이를 이용한 반사형 액정 표시장치를 제공함에 두고 있다.

상기의 본 발명이 추구하는 목적은 액정 표시장치의 일면 러빙을 통해 구현되는 것이며, 일면 러빙은 패널 글라스측의 배향막을 프리 틸팅각도가 0.5도 이상 3도 미만인 하드 러빙에서 3도 이상 6도 범위인 소프트 러빙까지 실시할 수 있다. 다이는 액정에 대하여 2 ∼5 중량％ 범위가 적당하다. 본 발명에서 러빙 후의 배향막 열처리는 대단히 중요하며 이는 하드 러빙에서 115℃로 30분간에 걸쳐 행하되 분당 3℃씩 강온(降溫) 시키는 어닐링 처리로 행한다. 소프트 러빙의 경우에는 115℃로 3시간 열처리하되 분당 0.5℃씩 강온 시키는 어닐링 처리로 행한다.

본 발명에 따른 액정 표시장치는 인가 전압 1.5V 까지 휘도 평준화 경향을 보이지만 1.5V를 초과하여 3.5V 사이에서는 대단히 급준(急峻)한 스티프니스(steepness)를 나타내므로 낮은 전압에서 양호하게 계조 표시를 할 수 있는 장점을 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명이 적용된 상 천이 게스트 호스트 모드의 액정 표시장치 를 도시하는 단층도.

도 2는 양면 러빙된 액정 표시장치의 전압별 휘도 변화를 나타내는 그래프.

도 3은 미러빙된 액정 표시장치의 전압별 휘도 변화를 나타내는 그래프.

도 4는 본 발명에 따라 하드 러빙된 액정 표시장치의 전압별 휘도 변화를 나 타내는 그래프.

도 5는 본 발명에 따라 소프트 러빙된 액정 표시장치의 전압별 휘도 변화를 나타내는 그래프.

도 6은 도 5의 액정 표시장치를 열처리한 후에 측정된 전압별 휘도 변화를 나타내는 그래프.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

2 : 스위칭 수단 4 : 기판 글라스

6 : 절연층 8 : 알루미늄 전극

10 : 패널 글라스 12 : 칼라 필터

14 : 투명 전극 16 : 액정

이하, 본 발명의 특징적 구성과 작용 효과를 첨부 도면에 따른 바람직한 실시예로서 입증하여 보기로 한다.

도 1은 본 발명이 적용될 수 있는 상 천이 게스트 호스트 모드를 채용한 반사형 액정 표시장치의 구성을 나타내고 있다.

더블 메탈 엘리먼트 또는 박막 트랜지스터로 적층 형성되는 스위칭수단(2)은 글라스 기판(4)의 내측면에 배열되고, 그 상면에는 절연층(6)을 개재하여 알루미늄 전극(8)이 적층 형성됨으로써 상기 스위칭수단(2)의 온 오프에 따라 전계를 인가 받을 수 있게 되어 있으며, 상기 글라스 기판(4)과 대향 배치된 패널 글라스(10)의 내측면에는 컬러 필터(12)가 적층되어 있고 그 상면에는 투명 전극(14)이 배열되어 있다. 상기 글라스 기판(4)과 패널 글라스(10) 사이에는 호스트로서의 액정(16)과 게스트로서의 다이(18)가 혼재(混在)한다.

본 발명의 실시예에 적용된 액정(16)은 인가 전압이 오프 상태일 때에 도면의 좌측부로 묘사한 바와 같이 글라스 기판(4)과 패널 글라스(10)에 평행하게 배열되어 외부 광을 산란시키게 되고, 인가 전압이 온 상태일 때에 도면의 우측부에 도시한 바와 같이 상 전이됨으로써 외부 광이 투과 후 알루미늄 전극(8)에 반사되도록 광 스위칭 작용을 한다. 액정(14)의 상전이가 효율 좋게 나타나도록 하기 위하여 기판 글라스(4)나 패널 글라스(8)의 대향면에는 배향막이 개재된다. 배향막은 러빙, SiO 또는 Au의 경사 증착, 이온빔에 의한 경사 에칭을 통해 형성될 수 있으며, 통상은 러빙에 의해 만들어진다. 러빙은 배향막의 증착 방향에 직각으로 행해지며 액정은 러빙된 표면에서 프리 틸트각을 가지고 배열된다.

본 발명에서 러빙은 패널 글라스(10)에 형성된 배향막에만 한정하여 베풀어지는 일면 러빙으로 행해진다. 또 러빙은 상기 액정의 프리 틸트각이 0.5도 이상 3도 미만인 하드 러빙과, 3도 이상 6도 범위인 소프트 러빙의 2종류로 실시하였다.

다시 러빙된 패널 글라스(10)는 하드 러빙의 경우에 115℃로 30분간에 걸쳐 열처리하되 분당 3℃씩 강온 시키는 어닐링 처리로 행하였고, 소프트 러빙의 경우에는 115℃로 3시간 열처리하되 분당 0.5℃씩 강온시키는 어닐링 처리로 행한다.

이렇게 처리된 패널 글라스(10)는 글라스 기판(4)과 일정한 간격을 유지한 채로 조립되고, 그 사이에 게스트-호스트 액정을 주입한 후 밀봉하므로 액정 셀을 형성할 수 있다.

비교군으로서 기존의 양면 러빙된 액정 셀과, 비러빙된 아몰퍼스 N^*액정 셀을 준비하였다. 준비된 액정 셀마다 동일하게 ZLI 3497-000 액정에 다이로서 S-428을 2 중량％ 혼합한 것을 주입시키고 그 히스테리시스 특성을 비교하였다.

먼저, 양면 러빙된 액정 셀은 도 2의 그래프로 나타낸 바와 같이 2.4V에서 2.5V 까지 휘도가 급준하고 그 후에는 5V까지 서서히 증가되는 추세를 보이나 컷오프 시의 휘도 저하 양상은 상당한 히스테리시스를 나타내었다.

또한, 미러빙된 것은 도 3과 같이 급준성이 다소 완화된 상태로서 상당한 히스테리시스를 보였다. 이러한 특성은 액정의 표시 칼라 수를 증대시키는 데에 필수적인 계조 표시를 불가능하게 한다.

본 발명에 관련된 실시예에서 하드 러빙된 것은 도 4의 도시와 같이 1.4V에서 2.6V 까지는 거의 비례적인 휘도 증가를 보이고 그 이상에서는 휘도 증가가 다소 둔화되는 패턴을 나타냈으며 히스테리시스는 전혀 보이지 않았다.

또한 소프트 러빙하고 열처리하지 않은 상태에서는 도 5와 같이 히스테리시스를 나타내었지만, 이것을 열처리하여 어닐링한 후의 측정에서는 도 6의 도시와 같이 히스테리시스가 완화되어 계조 표시를 구현할 수 있는 정도로 되었다.

상술한 본 발명은 반사형 액정 표시장치에서 요구되는 액정의 계조 표시 최적화를 구현함으로써 적정 수준의 콘트라스트 유지에 요구되는 액정의 하이 트위스트 각도 설정에 구애받지 않게 되고, 또 하이 트위스트 각으로의 설정이 가능함에도 낮은 스티프니스를 나타내어 칼라 표시 수량이 증대됨과 아울러 전압 변동에 따른 히스테리시스 발생이 없어 계조 표시를 구현하는 것이므로 반사형 액정 표시장치의 특성을 현저하게 개선하여 주는 것이다.

한편, 본 발명은 상술한 특정의 바람직한 발명에 한정되지 아니하며, 특허 청구의 범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변경 실시가 가능할 것이다.

Claims (7)

1. 액정이 수용되는 공간을 정의하도록 대향 배치되는 글라스와, 상기 글라스상에 형성되는 배향막을 포함하며, 상기 글라스 중에서 패널 글라스의 배향막을 러빙한 다음 이를 어닐링 처리하여 액정의 히스테리시스를 개선하는 공정을 포함하고 있는 액정의 계조 표시 최적화 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 일면 러빙은 액정의 프리 틸팅각도가 0.5도 이상 3도 미만인 하드 러빙으로 행해짐을 특징으로 하는 액정의 계조 표시 최적화 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 일면 러빙은 액정의 프리 틸팅 각도가 3도 이상 6도 범위인 소프트 러빙으로 행해짐을 특징으로 하는 액정의 계조 표시 최적화 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 어닐링 처리는 하드 러빙된 패널 글라스를 115℃로 30분간에 걸쳐 행하되 분당 3℃씩 강온 시켜 행함을 특징으로 하는 액정의 계조 표시 최적화 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 어닐링 처리는 소프트 러빙된 패널 글라스를 115℃로 3시간 열처리하되 분당 0.5℃씩 강온 시켜 행함을 특징으로 하는 액정의 계조 표시 최적화 방법.
6. 제 1 항 내지 제3항의 어느 하나에 있어서, 상기 액정에는 2 ∼5 중량％ 범위의 다이가 혼재된 것임을 특징으로 하는 액정의 계조 표시 최적화 방법.
7. 상호 대향 배치되는 기판 글라스 및 패널 글라스와; 상기 기판 글라스에 적층 형성된 스위칭 수단과; 통상의 절연층을 개재하여 상기 스위칭 수단의 상면에 피복된 알루미늄 전극과; 상기 패널 글라스의 내측면에 적층 형성된 칼라 필터와; 이 칼라 필터의 표면으로 배열되어서 상기 알루미늄 전극에 대응하는 투명 전극과; 상기 투명 전극상에 형성된 후 러빙되고 어닐링 처리된 배향막을 포함하는 반사형 액정 표시장치.

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