KR100627651B1 - 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치에 관한 것이며, 특히 90o이하의 낮은 꼬임각을 갖는 네마틱 액정을 포함하는 액정표시장치에 관한 것으로, 제 1 기판과 제 2 기판의 갭을 2㎛로 설계하고, 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 마주보는 면에 각각 형성되는 제 1 배향막과 제 2 배향막의 러빙축에 대해 상기 제 1 기판과 제 2 기판에 근접하여 위치한 제 1 편광판과 제 2 편광판이 이루는 각을 상기 액정의 꼬임각 Φ에 대해 각각 (90o-Φ)/2를 이루게 함으로써 고속응답특성과 함께 잔상이 없는 고품질의 액정표시장치를 얻을 수 있는 효과가 있다.

Description

액정표시장치 및 그 제조방법 {Liquid crystal display device and the method thereof}
도 1은 본 발명에 따른 액정표시장치를 도시한 단면도이고,
도 2는 본 발명에 따른 액정표시장치의 설계도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
107a : 제 1 배향막의 러빙축방향 109a : 제 2 배향막의 러빙축방향
115a : 제 1 편광판의 투과축방향 117a : 제 2 편광판의 투과축방향
본 발명은 액정표시장치(liquid crystal display device)에 관한 것으로, 상세히 설명하면 낮은 꼬임각을 갖는 네마틱액정(nematic liquid crystal)을 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치는 상부기판과 하부기판이 합착되고, 상기 상부기 판과 하부기판 사이에 액정을 주입하여 표시패널을 형성한다.
그리고, 상기 표시패널의 상부기판과 하부기판의 바깥 면에는 편광판(polarizer) 및 위상차판(retardation film) 등을 부착한다. 이러한 구성셀을 선택적으로 구성함으로써 빛의 진행상태를 바꾸거나 굴절률을 변화시켜 높은 휘도(brightness)와 콘트라스트(contrast)특성을 가지는 액정표시장치가 구성되어진다.
이러한 다수의 셀은 상기 액정표시장치에 충진되는 액정의 특성을 고려하여 설계가 진행된다. 일반적으로 액정표시장치에 사용되는 액정층은 먼저 인가한 전계에 대한 빠른 응답특성과 저전압에서 구동이 가능하여야 하며, 그레이스케일(grey scale)에 따른 잔상이 없어야 하고 광시야각(wide viewing angle)특성을 가지면 좋다.
물론 이러한 요건들을 다 갖추기란 아주 드문 경우이며, 이러한 요건에 근접하게 다가가려는 시도와 함께 액정표시장치가 제작되었다.
예를 들면, 종래의 90o 트위스트 네마틱 액정을 포함한 액정표시장치나, IPS(In-Plane Switching)동작 모드를 사용한 액정표시장치는 광시야각은 가능하나 동영상을 디스플레이하는 경우 잔상이 나타나고, 휘도가 떨어지는 등 고품위의 동영상을 디스플레이하는데 문제점이 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위해, 현재 개발되고 있는 AFLC(anti ferroelectric liquid crystal)나 OCB(optical compensated birefringence)등의 방 법은 빠른 응답시간과 광시야각을 갖지만, 셀갭조정이나 콘트라스트 등의 문제점을 개선하지는 못한 상태이다.
따라서, 본 발명은 고속응답특성과 함께 광시야각 특성을 얻을 수 있고 그레이 스케일에 따른 잔상을 줄인 액정표시장치의 제조방법을 제안하는 데 그 목적이 있다.
전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치는 제 1 배향막이 형성된 제 1 기판과; 제 2 배향막이 형성된 제 2 기판과; 상기 제 1 기판 상에 위치한 보상필름과; 상기 보상필름 상에 위치하고, 상기 제 1 배향막의 러빙축과 편광방향이 (90o-Φ)/2 의 각을 이루는 제 1 편광판과; 상기 제 2 기판의 하부에 위치하고 상기 제 2 배향막의 러빙축과 편광방향이 (90o-Φ)/2 의 각을 이루는 제 2 편광판과; 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 패턴화된 스페이서와; 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 위치하고 꼬임각이 Φ인 네마틱 액정;을 포함한다.
상기 제 1 편광판과 제 2 편광판의 편광방향이 수직을 이루는 것을 특징으로 한다.
삭제
상기 스페이서의 높이는 2㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 보상필름의 위상차는 10-60㎚의 범위인 것을 특징으로 한다.
상기 제 1 배향막과 제 2 배향막은 폴리이미드인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징에 따른 액정표시장치 제조방법은 제 1 기판과 제 2 기판을 구비하는 단계와; 상기 제 1 기판 상에 제 1 배향막과, 상기 제 2 기판 상에 제 2 배향막을 형성하여 러빙처리하는 단계와; 상기 제 1 기판 상에 스페이서를 패턴화하는 단계와; 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판을 합착하는 단계와; 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 꼬임각이 φ인 트위스트 네마틱액정을 주입하는 단계와; 상기 제 2 기판 상에 보상필름을 부착하는 단계와; 상기 보상필름 상에 상기 제 2 배향막의 러빙축과 편광방향이 (90o-Φ)/2의 각을 이루도록 제 2 편광판을 부착하는 단계와; 상기 제 1 기판의 하부에 상기 제 1 배향막의 러빙축과 편광방향이 (90o-Φ)/2의 각을 이루도록 제 1 편광판을 부착하는 단계;를 포함한다
이하 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.
본 발명에 따른 액정표시장치는 낮은 꼬임각을 갖는 네마틱액정(low twisted nematic liquid crystal : LTN LCD(이하 "LTN 액정"이라 칭함) )을 사용하여 설계하였다. 상기 LTN 액정은 90o이하의 낮은 꼬임각을 가지는 액정으로서 고속응답특성을 갖는 액정이다.
일반적으로 고속응답특성을 보이기 위해서는, 액정의 고유한 응답특성과 함 께 상기 액정이 충진된 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 액정셀의 갭을 되도록이면 작게 하여야 한다.
따라서, 본 발명에서는 고속응답특성과 상기 낮은 꼬임각을 갖는 액정의 피치(pitch)를 고려하여 액정셀의 갭을 2㎛로 설계하였다.
일반적으로, 상기 제 1 기판과 제 2 기판의 갭을 유지하기 위해 스페이서(spacer)를 사용하게 되는데, 스페이서의 배치방법은 희망하는 구경을 가진 플라스틱볼(plastic ball )이나 실리카(silica)구를 기판에 산포하는 방법을 이용한다.
이러한 스페이서의 일반적인 크기는 4∼5㎛의 크기로 제작되고 있으며 스페이서의 크기가 더 작게 되면 일반적인 스페이서 산포방법으로 낮은 셀갭을 패널 전체를 통해 균일하게 유지하기 어려우므로, 본 발명에서는 셀갭을 일정하게 얻기 위해 상기 스페이서 기능을 대체할 수 있는 패턴화된 스페이서(patterned spacer)를 형성하였다.
도 1은 본 발명에 따른 액정표시장치의 단면을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 제 1 기판(101)과 제 2 기판(103)의 갭을 유지하기 위해, 상기 제 1 기판(101)에 소정의 간격으로 스페이서(spacer)를 패턴화한 후, 상기 제 1 기판(101)과 상기 제 2 기판(103)을 합착하고 상기 제 1 기판(101)과 상기 제 2 기판(103)사이에 낮은 꼬임각을 갖는 네마틱액정(113)을 충진한다.
이때, 상기 스페이서를 패턴화하는 방법은 여러 가지로 생각해 볼 수 있다.
예를 들면, 고분자물질을 일정한 두께로 전면에 산포한 후 경화하여 원하는 형상으로 패터닝하는 것도 하나의 방법이 될 수 있다.
상기 제 1 기판(101)의 바깥 면에는 제 1 편광판(107)이 형성되고, 상기 제 2 기판(103)의 바깥면에는 제 2 편광판(109)이 형성된다. 이때 상기 제 2 기판(103)과 상기 제 2 편광판(109)의 사이에는 보상필름(111)을 개재하는 구조를 한다.
상기 보상필름(111)은 일축성필름(uniaxial film)으로서, 상기 제 2 기판(109)과 상기 제 2 편광판(109) 사이에 형성하여 액정표시장치의 콘트라스트를 높이는 수단이다.
이때, 상기 제 1 기판(101)과 제 2 기판(103)의 마주보는 면에는 폴리이미드와 같은 배향물질을 도포하고 상기 액정의 배향특성을 고려한 소정의 방향성을 갖도록 러빙(rubbing)처리한 제 1 배향막(115)과 제 2 배향막(117)을 형성한다.
또한, 상기 러빙 대신에 광을 이용하여 광 배향막을 이용할 수도 있다.
전술한 구성에서, 빛의 투과특성에 영향을 미치는 요소는 상기 제 1 편광판(107)과 제 2 편광판(109)의 투과축방향과, 상기 제 1 배향막(115)과 상기 제 2 배향막(117)의 러빙축이 이루는 각도와, 상기 네마틱액정의 꼬임각도( φ)와, 액정셀의 두께(d), 액정셀의 굴절률(△n) 등이다.
이때, 상기 제 1 편광판(107)과 제 2 편광판(109)은 수직(90o)을 이루도록 위치한다.
본 발명에서는 상기 낮은 꼬임각을 갖는 네마틱액정의 임의의 꼬임각에 대한 최적한 d△n을 찾기 위해 상기 편광방향이 서로 수직을 이루는 제 1 편광판(107)과 제 2 편광판(109)과 상기 제 1 배향막의 러빙축과 제 2 배향막의 러 빙축이 이루는 각을 변화시켜, 90o이하의 어떠한 꼬임각을 갖는 액정에 대해서도 높은 투과율을 갖는 최적화된 d△n(위상값 :△n은 액정의 굴절률이고, d는 액정의 두께이다 )을 찾을 수 있었다.
이러한 알고리즘을 상기 LTN액정표시장치의 동작모드를 설계하는데 사용되는 프로그램에 적용하여 아래 표 1 과 같은 결과를 얻었다.
표 1은 본 발명에 따른 LTN액정에 각 구성셀의 팩터를 변화시켜 나온 결과표로서, 상기 LTN액정의 각 꼬임각에 대한 최적의 d△n값을 나타내었다.
상기 표 1은 액정층의 두께에 대해 액정의 d△n을 바꾸어 가면서 최적의 투과율을 찾는 존즈행렬(jons matrix)방법으로 얻어진 값이다.
Figure 111999015454346-pat00001
도시한 바와 같이, 각각의 꼬임각에 대해 높은 투과율을 갖을 수 있는 최적의 d△n값을 찾을 수 있다.
예를 들어, 트위스트 네마틱액정의 꼬임각이 60o일 경우에, 상기 네마틱액정의 최적화된 위상값은 △nd=0.349이며 이 때 높은 투과율을 얻을 수 있음을 보이고 있다.
이와 같은 결과를 얻기 위해서는 상기 제 1 배향막(도 1의 115)과 제 2 배향막(도 1의 117)의 각 러빙축에 대해 상기 제 1 편광판(도 1의 107)과 제 2 편광판(도 1의 109)이 상기 트위스트 네마틱액정(도 1의 113)의 꼬임각에 대해 소정의 각을 이루어야 한다.
이하 도 2를 참조하여 상세히 설명하도록 한다.
도 2 는 본 발명에 따른 LTN 액정패널의 설계도이다.
도시한 바와 같이, 비틀린 네마틱액정의 꼬임각 Φ에 따라 서로 수직을 이루는 제 1 편광판의 편광방향(107a)과 제 2 편광의 편광방향(109a)이 상기 제 1 배향막의 러빙축(115a)과 제 2 배향막의 러빙축(117a)과 각각 (90o-Φ)/2의 각을 이루도록 배치한다.
또한, 일축성 보상필름의 위상차는 상기 낮은 트위스트 네마틱액정의 꼬임각에 따라 10-60㎚의 범위로 설계한다.
이때, 상기 액정은 점도가 낮고 액정의 꼬임각에 따라 최적의 굴절률(△n)을 갖는 액정을 사용하여야 한다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따른 LTN 액정표시장치는 10ms 이내로 구동이 가능하며, 응답속도가 빠르며, 잔상을 크게 줄일 수 있으므로 보다 고품위의 동영상을 디스플레이할 수 있는 효과가 있다.

Claims (7)

  1. 제 1 배향막이 형성된 제 1 기판과;
    제 2 배향막이 형성된 제 2 기판과;
    상기 제 1 기판 상에 위치한 보상필름과;
    상기 보상필름 상에 위치하고, 상기 제 1 배향막의 러빙축과 편광방향이 (90o-Φ)/2 의 각을 이루는 제 1 편광판과;
    상기 제 2 기판의 하부에 위치하고 상기 제 2 배향막의 러빙축과 편광방향이 (90o-Φ)/2 의 각을 이루는 제 2 편광판과;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 패턴화된 스페이서와;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판 사이에 위치하고 꼬임각이 Φ인 네마틱 액정;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 삭제
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 스페이서의 높이는 2㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 1 항이 있어서,
    상기 보상필름의 위상차는 10-60㎚의 범위인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1 기판과 제 2 기판을 구비하는 단계와;
    상기 제 1 기판 상에 제 1 배향막과, 상기 제 2 기판 상에 제 2 배향막을 형성하여 러빙처리하는 단계와;
    상기 제 1 기판 상에 스페이서를 패턴화하는 단계와;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판을 합착하는 단계와;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 꼬임각이 φ인 트위스트 네마틱액정을 주입하는 단계와;
    상기 제 2 기판 상에 보상필름을 부착하는 단계와;
    상기 보상필름 상에 상기 제 2 배향막의 러빙축과 편광방향이 (90o-Φ)/2의 각을 이루도록 제 2 편광판을 부착하는 단계와;
    상기 제 1 기판의 하부에 상기 제 1 배향막의 러빙축과 편광방향이 (90o-Φ)/2의 각을 이루도록 제 1 편광판을 부착하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 편광판과 제 2 편광판의 편광방향은 수직인 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    상기 패턴화된 스페이서의 높이는 2㎛인 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
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