KR100777692B1 - 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 액정 표시 장치는 두 기판이 배치되어 있으며, 두 기판의 안쪽면에는 각각 전계 생성 전극과 그 위에 배향막이 형성되어 있다. 배향막의 일부는 UV에 노광된 부분으로 노광되지 않은 부분과 선경사 방향이 반대이다. 두 배향막 사이에는 액정층이 삽입되어 있다. 또한, 두 기판의 바깥쪽에는 각각 보상 필름이 배치되어 있는데, 보상 필름은 서로 수직인 두 방향의 굴절율이 같고, 이에 수직하며 러빙 방향으로의 굴절율이 다른 두 방향의 굴절율보다 작다. 상부의 보상 필름 바깥쪽에는 러빙 방향의 굴절율이 가장 작은 이축성 필름이 배치되어 있고 상부 및 하부의 가장 바깥쪽에는 편광판이 배치되어 있다. 따라서, 본 발명에서는 UV 노광을 이용하여 한번의 러빙 공정으로 선경사 방향이 다른 두 영역을 형성고 보상 필름을 사용하여 액정 표시 장치의 시야각을 넓게 할 수 있다.

광시야각, 디스코틱 액정, 보상 필름, 도메인

Description

액정 표시 장치 및 그의 제조 방법{manufacturing metod for liquid crystal display}

도 1은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배치도이고,

도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 단면도로서 액정 분자의 배열 상태를 도시한 것이며,

도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 보상 필름의 액정 분자를 도시한 것이고,

도 4는 본 발명에 따른 배향막 형성 공정을 도시한 것이고,

도 5 내지 도 7은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 시뮬레이션 결과를 도시한 것이다.

본 발명은 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 시야각이 넓은 액정 표시 장치 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

액정 표시 장치는 전계 생성 전극이 각각 형성되어 있는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고 두 전극에 전압을 인가하여 액정 분자를 움직임으로써 빛의 투과율에 따라 화상을 표현하는 장치이다.

이러한 액정 표시 장치는 시야각이 좁은 단점이 있는데, 시야각을 넓게 하기 위해 다양한 방법이 시도되고 있다.

그 중 화소 영역에 도메인을 형성하여 액정 분자를 분할 배향함으로써 액정 표시 장치의 시야각을 넓게 하는 방법이 미국 특허 제 5,844,649호에 제시되었다. 이는 두 도메인 간의 선경사 방향은 같으나 선경사각을 다르게 하는 것으로 기판에 대해 수직한 방향의 굴절율이 가장 작은 보상 필름을 사용하는데, 이 경우 두 도메인 중 하나의 도메인은 보상되지 않는 문제가 있다.

본 발명의 과제는 액정 표시 장치의 시야각을 넓게 하는 것이다.

본 발명의 다른 과제는 액정 분자를 분할 배향하기 위한 도메인을 형성하면서도 공정을 단순화하는 것이다.

이러한 과제를 해결하기 위해 본 발명에서는 UV에 노광된 부분과 비노광 부분이 러빙 후 선경사각이 다르게 되는 물질로 배향막을 형성하고 보상 필름을 사용한다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치는 제1 기판과 제2 기판이 마주 대하고 있으며, 제1 및 제2 기판의 안쪽면 위에는 각각 제1 및 제2 배향막이 형성되어 있다. 이어, 제1 및 제2 배향막 사이에 액정층이 삽입되어 있다. 다음, 제1 및 제2 기판의 바깥쪽에는 제1 및 제2 보상 필름이 각각 배치되어 있으며 제1 및 제2 보상 필름 바깥쪽에는 제1 및 제2 편광판이 각각 배치되어 있다. 여기서, 제1 및 제2 배 향막 중 적어도 하나는 러빙되어 있으며, 제1 및 제2 배향막 사이에 선경사 방향이 다른 영역을 적어도 둘 이상 포함하고, 제1 및 제2 보상 필름은 러빙 방향의 굴절율이 이에 수직인 두 방향의 굴절보다 작다.

본 발명에서 제1 및 제2 배향막은 UV에 노광된 영역과 비노광 영역의 선경사 방향이 러빙 후 다르게 되는 물질로 이루어질 수 있다.

이때, 두 영역의 선경사각은 1 내지 10도일 수 있다.

또한, 액정층의 Δnd는 200 내지 340 ㎚일 수 있다.

본 발명에서는 제1 보상 필름과 제1 편광판 사이에 이축성 필름을 더 포함할 수도 있다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막은 기판 위에 사이드 체인을 가지는 폴리이미드를 인쇄하고 경화한 다음, 폴리이미드의 일부를 UV로 노광하고 러빙하여 형성한다.

이와 같이 본 발명에서는 액정 표시 장치의 배향막을 UV를 이용하여 한번의 러빙 공정으로 선경사 방향이 다른 두 영역을 형성하고, 러빙 방향의 굴절율이 이에 수직인 다른 두 방향의 굴절율보다 작은 보상 필름을 상부 및 하부에 배치하여 액정 표시 장치의 시야각을 넓게 할 수 있다.

그러면, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배치도이다.

도 1에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 하부의 박막 트랜지스터 기판(1)과 상부의 색 필터를 포함하는 기판(이하 색 필터 기판이라고 함)(4)이 마주 대하고 있다. 두 기판(1, 4)의 안쪽면에는 각각 전계 생성 전극(2, 5)이 형성되어 있고, 그 안쪽에는 배향막(3, 6)이 형성되어 있다. 여기서, 한쪽 방향의 화살표는 배향막(3, 6)의 러빙 방향을 도시한 것이다. 두 배향막(3, 6)의 사이에는 액정층(7)이 삽입되어 있다. 상부 및 하부 기판(1, 4)의 바깥쪽에는 각각 보상 필름(8, 9)이 배치되어 있으며, 보상 필름(8, 9) 바깥쪽에는 각각 편광판(11, 12)이 배치되어 있다. 한편, 상부의 보상 필름(9)과 편광판(12) 사이에는 이축성 필름(biaxial film)(9)이 형성되어 있다. 도면에 도시한 바와 같이, 하부에 있는 편광판(12)의 편광축은 상부에 있는 편광판(10)의 편광축에 대해 90도의 각도를 이룬다.

도 2는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 단면도로서, 상부 기판과 하부 기판 사이의 액정 배열 상태를 도시한 것이다.

도 2에 도시한 바와 같이 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서 두 기판(1, 4)에 수직인 방향을 z축으로 하고, 이에 수직이며 도면상의 가로 방향을 x축으로 하며, 도시하지 않았지만 x축 및 z축에 수직인 방향 즉, 지면 뒤로 나가는 방향을 y축으로 한다. 이때, 두 배향막(3, 6)은 x축 방향으로 러빙되어 있으며, 상부 및 하부 기판(4, 1) 사이의 액정층(7)의 액정 분자는 기판(1, 4)에 대해 선경사각을 가지고 배열되어 있는데 A, B 두 도메인에서 선경사 방향이 각각 다르게 분할 배향되어 있다. 즉, A와 B 도메인간의 액정 분자의 선경사 방향은 반대 방향을 이룬다.

여기서, 액정 분자의 선경사각은 1 내지 10도의 범위를 가지며 바람직하게는 1 내지 5도의 범위를 가지는 것이 좋고, A와 B 도메인간에 선경사각은 동일하거나 다를 수도 있다.

본 발명에서는 두 배향막(3, 6)이 모두 러빙되어 있는 것으로 설명하였으나 두 기판(1, 4) 중 어느 하나의 기판은 러빙하지 않을 수도 있다.

한편, 두 도메인 A와 B는 동일한 면적 비율을 가지도록 한다.

본 발명에서 액정층(7)의 위상 지연(phase retardation) Δnd는 200 내지 340 ㎚의 범위를 가지도록 하는데, 바람직하게는 240 내지 300 ㎚를 가지는 것이 좋다.

다음, 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 보상 필름의 액정 분자를 도시한 것으로서, 여기서 x, y, z축은 도 2의 축방향과 일치한다.

본 발명에 따른 보상 필름(8, 9)은 전압이 인가되지 않았을 때 빛의 투과율이 없는 노멀리 블랙 상태를 구현하기 위한 것으로, 보상 필름(8, 9)의 액정 분자는 원판처럼 생기 디스코틱(discotic) 액정을 사용한다.

이때, 도 3a 도시한 바와 같이 디스코틱 액정을 기판에 대해 수직하게 하거나 도 3b에 도시한 바와 같이 기판에 대해 일정 각도(θ)를 가지도록 하여, 보상 필름(8, 9)의 평면에서 한쪽 방향 즉, x축 방향의 굴절율이 이에 각각 수직이 두 방향 즉, y축 및 z축 방향의 굴절율보다 작게 되도록 한다. 여기서, θ는 70도 이상 90도 미만으로 하는 것이 좋다.

한편, 보상 필름(8, 9)의 굴절율이 작은 x축 방향은 앞서 설명한 배향막(3, 6)의 러빙 방향과 일치시킨다.

다음, 고계조의 계조 반전을 없애기 위한 이축성 필름(10)은 반드시 필요한 것은 아니며 x축 방향의 굴절율이 다른 두 방향 즉, y축 및 z축 방향의 굴절율보다 큰 성질을 가지는 것으로 z축 방향의 굴절율은 y축 방향의 굴절율보다 작거나 같을 수도 있다. 여기서, 이축성 필름(10)의 x축 방향의 위상 지연은 0 내지 10 ㎚의 범위를 가지는 것으로 한다.

이와 같이 본 발명에서는 도메인을 형성하여 액정 분자를 분할 배향하고, 러빙 방향의 굴절율이 가장 작으며 다른 두 방향의 굴절율은 같은 보상 필름을 상하 기판 바깥쪽에 배치하여 액정 표시 장치의 시야각을 넓게 할 수 있다.

그러면, 도 4를 참조하여 이러한 액정 표시 장치에서 액정 분자를 분할 배향하기 위한 도메인을 형성하는 방법에 대해 설명한다.

도 4는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막 형성 공정을 도시한 것이다.

먼저, 액정 표시 장치의 두 기판(1, 4) 중 하나의 기판, 예를 들면 박막 트랜지스터 기판(1)에 사이드 체인(side chain)을 가지는 폴리이미드(polyimide)를 인쇄한다.

다음, 폴리이미드를 경화(curing)한다.

다음, 경화된 폴리이미드의 일부를 UV(ultra-violet)로 노광한다.

이어, 러빙을 실시한다.

그러면, UV가 노광된 영역은 러빙 방향으로 선경사 방향이 형성되고 UV가 노 광되지 않은 영역은 러빙 방향과 반대 방향으로 선경사 방향이 형성된다.

따라서, 한번의 러빙만으로 선경사 방향이 다른 두 영역을 형성할 수 있다.

이와 같은 액정 표시 장치에 대한 시뮬레이션 결과를 도 5 내지 도 7에 도시하였다.

여기서, 액정의 Δnd는 264 nm이며, 하부 기판의 러빙 방향은 225도이다. 또한, 선경사각은 두 도메인 모두 2도로 설정하였고, 보상 필름의 Δnd는 142.5 nm×2, 이축성 필름의 Δnd는 25 nm이며, 보상 필름과 이축성 필름의 굴절율이 가장 작은 방향은 45도로 하였다.

도 5는 시야각별 대비비(contrast ratio) 결과를 도시한 것으로 중앙에서 60도 범위까지 측정한 결과이며, 도 6 및 도 7은 각각 0도와 90도 방향에서 계조별 투과도를 ±80도 범위까지 계산한 결과를 도시한 것이다.

이와 같이 본 발명에 따른 액정 표시 장치에서는 계조 반전이 없이 대비비 20:1을 기준으로 상하좌우 방향 모두 시야각이 넓은 것을 알 수 있다.

본 발명에서는 액정 표시 장치의 배향막을 한 번의 러빙 공정만으로 선경사 방향이 다른 도메인을 형성하고 러빙 방향으로의 굴절율이 가장 작은 보상 필름을 사용하여 액정 표시 장치의 시야각을 넓게 할 수 있다.

Claims (8)

1. 제1 기판,

   상기 제1 기판의 안쪽면 위에 형성되어 있는 제1 배향막,

   상기 제1 기판과 마주 대하고 있는 제2 기판,

   상기 제2 기판 안쪽면 위에 형성되어 있는 제2 배향막,

   상기 제1 및 제2 배향막 사이에 삽입되어 있는 액정층,

   상기 제1 및 제2 기판의 바깥쪽에 각각 배치되어 있는 제1 및 제2 보상 필름,

   상기 제1 및 제2 보상 필름 바깥쪽에 각각 배치되어 있는 제1 및 제2 편광판

   을 포함하며,

   상기 제1 및 제2 배향막 중 적어도 하나는 러빙되어 있으며, 상기 제1 및 제2 배향막 사이에 선경사 방향이 다른 영역을 적어도 둘 이상 포함하고, 상기 제1 및 제2 보상 필름은 상기 러빙 방향의 굴절율이 이에 수직인 두 방향의 굴절율보다 작은 액정 표시 장치.
2. 제1항에서,

   상기 제1 및 제2 배향막은 UV에 노광된 영역과 비노광 영역의 선경사 방향이 러빙 후 다르게 되는 물질로 이루어진 액정 표시 장치.
3. 제2항에서,

   상기 두 영역의 선경사각은 1 내지 10도인 액정 표시 장치.
4. 제1항에서,

   상기 액정층의 Δnd는 200 내지 340 ㎚인 액정 표시 장치.
5. 제1항에서,

   상기 제1 보상 필름과 상기 제1 편광판 사이에 이축성 필름을 더 포함하는 액정 표시 장치.
6. 기판의 한 면 위에 사이드 체인을 가지는 폴리이미드를 인쇄하고 경화하는 단계,

   상기 폴리이미드의 일부를 UV로 노광하는 단계,

   상기 폴리이미드를 1회 러빙 공정을 진행하여 상기 UV에 노광된 상기 폴리이미드 영역과 상기 UV에 노광되지 않은 상기 폴리이미드 영역의 선경사 방향을 다르게 형성하는 단계,

   상기 기판의 다른 면 위에 보상 필름을 형성하는 단계,

   상기 보상 필름 위에 편광판을 형성하는 단계

   를 포함하며,

   상기 보상 필름의 굴절율은 상기 러빙 방향의 굴절율에 수직인 두 방향의 굴절율보다 작은 액정 표시 장치의 형성 방법.
7. 제1항에서,

   상기 제1 및 제2 보상 필름 중 하나는 원판 모양의 디스코틱 액정을 포함하는 액정 표시 장치.
8. 제7항에서,

   상기 디스코틱 액정의 단축은 상기 기판에 대하여 70-90도의 범위에서 경사각을 가지고 배치되어 있는 액정 표시 장치.

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