KR101373425B1 - 위상차 보상 필름 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 액정표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정표시장치(liquid crystal display device)에 관한 것으로, 특히, 인셀(in-cell) 방식의 위상차 보상 필름 및 그 제조 방법과 액정 표시 장치에 관한 것이다.

본 발명은 이온 빔을 조사하여 부분 배향처리한 배향막과 광반응성 액정 물질을 이용하여 위상차 보상 필름을 셀 내부에 단차없이 균일한 두께로 형성함으로써 투과부와 반사부에서 블랙 상태 및 화이트 상태를 양호하게 구현하여 화질이 향상시킨다.

또한, 본 발명은 인셀 방식으로 위상차 보상 필름을 형성시 배향막을 이온 빔을 이용하여 배향처리하고 광반응성 액정 물질로 코팅 및 경화시켜 배향막을 형성함으로써 공정을 단순화시키고, 셀 설계시 반사부와 투과부의 위상차를 고려하지 않고 설계할 수 있어 제조가 용이한 장점이 있다.

인셀, 위상차 보상 필름, 멀티 도메인, 이온 빔

Description

위상차 보상 필름 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 액정 표시 장치{retardation film and the fabricationi method, Liquid Crystal Display device thereof}

도 1 은 일반적인 반사투과형 컬러액정표시장치를 도시한 분해 사시도.

도 2는 일반적인 반사투과형 액정표시장치를 도시한 단면도.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 멀티 도메인 위상차 보상 필름의 제조 방법을 보여주는 공정 순서도.

도 4는 본 발명에 따른 멀티 도메인 위상차 보상 필름의 특성을 보여주는 사진.

도 5는 본 발명에 따른 위상차 보상 필름을 적용한 반사투과형 액정 표시 장치의 개략적인 구성을 보여주는 단면도.

<도면의 주요부분에 대한 부호설명>

213 : 공통 전극 214 : 액정층

215 : 상부 기판 221 : 하부 기판

230 : 배향막 231 : 위상차 보상 필름

249 : 반사판 251 : 제 1 편광판

252 : 제 2 편광판 261 : 투명전극

본 발명은 액정표시장치(liquid crystal display device)에 관한 것으로, 특히, 인셀(in-cell) 방식의 위상차 보상 필름 및 그 제조 방법과 액정 표시 장치에 관한 것이다.

일반적으로, 액정표시장치는 백라이트를 광원으로 이용하는 투과형 액정표시장치와, 백라이트를 광원으로 이용하지 않고 자연광 및 인조광을 이용하는 반사형 액정표시장치로 분류할 수 있다.

이때 투과형 액정표시장치는 백라이트를 광원으로 이용하여 어두운 외부환경에서도 밝은 화상을 구현한다. 하지만, 밝은 곳에서는 사용이 불가하고, 전력소모가 크다는 문제점이 있다.

반면, 반사형 액정표시장치는 백라이트를 사용하지 않기 때문에 소비전력은 줄일 수 있지만 외부 자연광이 어두울 때에는 사용이 불가능하다는 한계가 있다.

이러한 한계들을 극복하기 위한 대안으로서 나온 것이 반사투과형 액정표시장치이다.

이와 같은 반사투과형 액정표시장치는 단위 화소영역내에 반사부와 투과부를 동시에 구비하여 투과형 액정표시장치와 반사형 액정표시장치의 기능을 동시에 지닌 것으로, 백라이트(backlight)의 빛과 외부의 자연광원 또는 인조광원을 모두 이용할 수 있음으로 주변환경에 제약을 받지 않고, 전력소비(power consumption)를 줄일 수 있는 장점이 있다.

도 1 은 일반적인 반사투과형 컬러액정표시장치를 도시한 분해 사시도이다.

도시한 바와 같이, 일반적인 반사투과형 액정표시장치(11)는 블랙매트릭스(16)와 서브 컬러필터(17)상에 투명한 공통전극(13)이 형성된 상부기판(15)과, 화소영역(P)으로 구성되며, 스위칭소자(T)와 어레이배선(25,39)이 형성된 하부기판(21)으로 구성된다.

상기 화소영역은 상기 투과홀(A)을 포함하는 반사전극(도 2의 49)과 투명전극(도 2의 61)을 구성되어 투과부(B)와 반사부(D)로 정의된다.

또한, 상기 상부기판(15)과 하부기판(21) 사이에는 액정(14)이 충진되어 있다.

도 2는 일반적인 반사투과형 액정표시장치를 도시한 단면도이다.

도시한 바와 같이, 반사투과형 액정표시장치(11)는 공통전극(13)이 형성된 상부기판(15)과, 투과홀(A)을 포함한 반사전극(49)과 투명전극(61)으로 구성된 화소전극이 형성된 하부기판(21)과, 상기 상부기판(15)과 하부기판(21)의 사이에 충진된 액정(14)과, 상기 하부기판(21)의 하부에 위치한 백라이트(41)로 구성된다.

이러한 구성을 갖는 반사투과형 액정표시장치(11)를 반사모드(reflective mode)로 사용할 경우에는 빛의 대부분을 외부의 자연광원 또는 인조광원을 사용하게 된다.

전술한 구성을 참조로 반사모드일 때와 투과모드일 때의 액정표시장치의 동작을 설명한다.

반사모드일 경우, 액정표시장치는 외부의 자연광원 또는 인조광원을 사용하게 되며, 상기 액정표시장치의 상부기판(15)으로 입사된 빛(F2)은 상기 반사전극(49)에 반사되어 상기 반사전극과 상기 공통전극(13)의 전계에 의해 배열된 액정(14)을 통과하게 되고, 상기 액정(14)의 배열에 따라 액정을 통과하는 빛(F2)의 양이 조절되어 이미지(Image)를 구현하게 된다.

반대로, 투과모드(Transmission mode)로 동작할 경우에는, 광원을 상기 하부 기판(21)의 하부에 위치한 백라이트(41)의 빛(F1)을 사용하게 된다. 상기 백라이트(41)로부터 출사한 빛은 상기 투명전극(61)을 통해 상기 액정(14)에 입사하게 되며, 상기 투과홀 하부의 투명전극(61)과 상기 공통전극(13)의 전계에 의해 배열된 액정(14)에 의해 상기 하부 백라이트(41)로부터 입사한 빛의 양을 조절하여 이미지를 구현하게 된다.

그런데, 이와 같이 구성되는 반사투과형 액정 표시 장치는 반사부와 투과부에서의 광경로가 틀리고, 따라서, 반사부와 투과부의 리타데이션(retardation) 조건이 서로 다르므로, 여러가지 광학 필름을 이용하여 위상차를 보상할 필요가 있다.

이를 위하여, 액정패널의 외부 또는 내부에 위상차 보상 필름을 형성하는데, 최소 1층 또는 2층을 적층하는 공정을 포함하고 있고, 층간 접착제를 도포하는 공정을 포함해서 최소 4층에서 많게는 7~8층을 쌓아야 하는 복잡한 공정을 거치게 된다.

그러므로, 공정이 길어지는 단점과 함께 여러번의 합착과정에서 필름 자체에 결함이 발생할 가능성이 매우 크다.

따라서, 액정패널을 컴팩트(compact)하게 구성하기에는 한계가 있다.

본 발명은 액정 표시 장치에서 위상차 보상 필름을 인셀(in-cell) 구조로 적용한 컴팩트(compact)한 액정 표시 장치를 제공하는 데 목적이 있다.

또한, 본 발명은 이온 빔을 조사하여 배향처리한 배향막과 광반응성 액정 물질을 이용하여 단차가 없는 위상차 보상 필름 및 그 제조 방법을 제공하는 데 다른 목적이 있다.

본 발명에 따른 위상차 보상 필름은, 수직 배향된 다수의 제 1 영역과 수평 배향된 다수의 제 2 영역으로 정의되는 배향막과; 상기 배향막 상에 형성된 광반응성 액정 물질;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 위상차 보상 필름의 제조 방법은, 다수의 제 1 영역과 제 2 영역으로 정의된 기판 상에 배향막을 도포하는 단계와; 상기 배향막 상의 제 1 영역을 마스킹(masking)하는 단계와; 상기 배향막에 이온 빔을 조사하는 단계와; 상기 배향막 상에 광반응성 액정 물질을 형성하는 단계와; 상기 광반응성 액정 물질을 경화시키는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는, 화소 영역에 반사부와 투과부가 정의된 기판과; 상기 기판 상에 교차 배치되어 화소 영역을 정의하는 게이트 배선 및 데이터 배선과; 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차점에 형성된 박막 트랜지스 터와; 상기 화소 영역에 형성된 투명 전극과; 상기 반사부에 형성되는 반사 전극과; 상기 기판 전면에 형성되어 위상지연값을 가지는 영역과, 위상지연값이 없는 영역을 가지는 위상차 보상 필름;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 위상차 보상 필름 및 그 제조 방법에 대해서 구체적으로 설명한다.

도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 멀티 도메인 위상차 보상 필름의 제조 방법을 보여주는 공정 순서도이다.

도 3a에 도시된 바와 같이, 기판(100) 상에 배향 물질을 도포하여 배향막(130)을 형성한다.

이때, 상기 배향 물질로 수직 배향 물질을 사용한다.

그리고, 도 3b에 도시된 바와 같이, 상기 배향막(130)의 제 1 영역(E)에 섀도우 마스크(shadow mask)(151)를 형성하고 상기 배향막(130)의 제 2 영역(F)은 노출시킨다.

그리고, 상기 기판(100) 상으로 이온 빔(ion beam)을 조사하여 노출된 상기 제 2 영역(F)의 배향막(130)을 배향시킨다.

상기 이온 빔(141)은 소정의 조사 각도(θ)를 가지고 조사된다.

이때, 상기 이온 빔(141)의 조사 각도(θ)는 기판으로부터 경사지게 조사되는 이온 빔(141) 사이의 각도를 일컫는다.

상기 조사 각도(θ)는 0도에서 90도 사이에서 결정된다.

이와 같이, 상기 제 1 영역(E)과 제 2 영역(F) 등의 복수의 영역으로 나뉘는 멀티 도메인(multi-domain)에서 상기 제 1 영역(E)의 배향막(130a)은 이온 빔(141)이 조사되지 않아 수직 배향 특성을 가지며, 상기 제 2 영역(F)의 배향막(130b)은 이온 빔(141)이 경사지게 조사되어 수평 배향 특성을 가지게 된다.

이후, 도 3c에 도시된 바와 같이, 상기 배향막(130) 상에 광반응성 액정 물질을 형성한다.

여기서, 상기 광반응성 액정 물질은 액정(LC)과, 바인더(binder)와, 광 반응성 경화물질(UV reactor) 등을 혼합하여 이루어진다.

상기 광반응성 액정 물질은 상기 제 1 영역(E)에서 수직 배향되어 위상지연값이 없고, 상기 제 2 영역(F)에서 수평 배향되어 소정의 위상 지연값을 가지게 된다.

그리고, 최종적으로, 상기 배향막(130) 상에 형성된 광반응성 액정 물질을 광 경화시킨다.

이와 같이, 기판(100) 상에 이온 빔(141)에 의해 수직 배향, 수평 배향 처리된 배향막(130)을 형성하고, 상기 배향막(130) 상에 액정 물질을 코팅 및 경화하면, 상기 수평 배향 처리된 배향막(130) 상에 형성된 액정 물질은 위상 지연값을 가지게 되어 위상차 보상 필름을(131)을 형성한다.

상기와 같은 위상차 보상 필름(131)은 위상지연이 필요한 부분(131b)과 필요하지 않은 부분(131a)을 포함하여 동시에 하나의 층으로 형성할 수 있으며, 영역간 단차가 발생하지 않게 된다.

일반적으로, 상기 위상차 보상 필름(131)의 위상 지연값은 그 두께에 의해 좌우되는 경우가 많으며, 의도한 위상차 보상 필름(131)의 두께보다 두껍게 형성되거나 얇게 형성될 경우 불량 발생의 위험이 커질수도 있으나, 본 발명은 이온 빔을 조사하여 배향막을 배향처리하고 액정 물질을 코팅 및 경화시킴으로써 균일한 두께의 인셀(in-cell) 타입의 위상차 보상 필름을 형성할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명에 따른 멀티 도메인 위상차 보상 필름의 특성을 보여주는 사진이다.

도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 위상차 보상 필름과, 서로 90도로 교차하는 상, 하부 편광판을 이용하여 블랙 상태(black state)를 구현하면, 회색으로 표현된 부분은 소정의 위상 지연값을 가지는 제 2 영역(F)이고, 검정색으로 표현된 부분이 위상 지연값을 가지지 않는 제 1 영역(E)이다.

상기 제 1 영역(E)의 위상차 보상 필름(131a)은 배향막(130a)이 수직 배향 특성을 가지고, 상기 배향막(130a) 상에 형성된 광반응성 액정 물질을 수직 배향시켜 위상지연값을 가지지 않도록 한다.

그리고, 상기 제 2 영역(F)의 위상차 보상 필름(131b)은 배향막(130b)이 수평 배향 특성을 가지고, 상기 배향막(130b) 상에 형성된 광반응성 액정 물질을 프리틸트를 가지고 수평 배향시켜 소정의 위상지연값을 가지도록 한다.

따라서, 제 1 영역(E)은 위상 지연이 없으므로 완전한 블랙 상태를 구현하며, 제 2 영역(F)은 소정의 위상 지연값에 의해 그레이 상태를 구현하게 되므로, 반사투과형 액정 표시 장치에서 반사부와 투과부의 광학효율의 차이를 보상할 수 있다.

또한, 이온 빔을 이용하여 배향막을 배향시키면 공정 프로세스(process)도 단순해지는 장점도 있다.

도 5는 본 발명에 따른 위상차 보상 필름을 적용한 반사투과형 액정 표시 장치의 개략적인 구성을 보여주는 단면도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 반사투과형 액정표시장치는 공통전극(213)이 형성된 상부기판(215)과, 투과홀을 포함한 반사전극(249)과 투명전극(261)으로 구성된 화소전극이 형성된 하부기판(221)과, 상기 하부 기판(221) 상에 형성된 인셀 타입의 위상차 보상 필름(231)과, 상기 상부기판(215)과 하부기판(221)의 사이에 충진된 액정(214)과, 상기 하부기판(221)의 하부에 위치한 백라이트(241)로 구성된다.

그리고, 상기 하부 기판(221)과 상부 기판(215)의 외면에는 제 1, 2 편광판(251, 252)이 부착되어 있다.

이러한 구성을 갖는 반사투과형 액정표시장치를 반사모드(reflective mode)로 사용할 경우에는 빛의 대부분을 외부의 자연광원 또는 인조광원을 사용하게 된다.

상기 인셀 타입의 위상차 보상 필름(231)은 다수의 영역으로 나뉘는 멀티 도메인의 형태로 형성하며, 위상지연값을 가지는 부분(제 2 영역)과 위상지연값을 가지지 않는 부분(제 1 영역)을 가진다.

상기 위상차 보상 필름(231)은 배향막(230) 상에 광반응성 액정 물질을 코팅하고 경화하여 형성하며, 이때, 상기 배향막(230)의 제 1 영역(E)은 수직 배향 물질을 도포하여 형성하고, 상기 제 2 영역(F)은 상기 수직 배향 물질에 이온 빔을 경사지게 조사하여 수평 배향처리하여 형성한다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 배향막(230)의 제 2 영역(F)은 투과홀을 포함한 반사전극(249) 상에 형성되며, 상기 제 1 영역(E)는 투명전극(261) 상에 형성된다.

상기 위상차 보상 필름(231)은 제 1 영역(E)과 제 2 영역(F)간의 단차가 발생되지 않으며, 이는 이온 빔을 이용하여 배향막(230)을 수평 배향 처리하기 때문이다.

이와 같이 구성된 반사투과형 액정 표시 장치는 투과부와 반사부에서 발생되는 위상차를 보상하기 위하여 위상차 보상 필름을 셀 내부에 단차없이 균일한 두께를 가지도록 형성하고, 위상차가 있는 부분과 위상차가 없는 부분을 가지는 멀티 도메인의 위상차 보상 필름으로 형성함으로써 투과부와 반사부에서 블랙 상태 및 화이트 상태를 양호하게 구현할 수 있어 화질이 향상되는 효과가 있다.

또한, 이와 같은 인셀 방식으로 위상차 보상 필름을 형성하면 액정 표시 장치의 셀 설계시 반사부와 투과부의 연관성을 고려하지 않고 독립적으로 설계할 수 있으므로 설계 및 공정이 용이해지는 장점이 있다.

이상 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 위상차 보상 필름 및 그 제조 방법과, 이를 이용한 액정 표시 장치 및 그 제조 방법은 언급한 실시예에만 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량된 실시예도 본 발명의 범주에 포함되는 것이 명백하다.

본 발명에 따른 반사투과형 액정 표시 장치는 멀티 도메인 위상차 보상 필름을 셀 내부에 단차없이 균일한 두께로 형성함으로써 투과부와 반사부에서 블랙 상 태 및 화이트 상태를 양호하게 구현하여 화질이 향상되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 인셀 방식으로 위상차 보상 필름을 형성시 배향막을 이온 빔을 이용하여 배향처리하고 광반응성 액정 물질로 코팅 및 경화시켜 배향막을 형성함으로써 공정을 단순화시키고, 셀 설계시 반사부와 투과부의 위상차를 고려하지 않고 설계할 수 있어 제조가 용이해지는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 인셀 방식으로 위상차 보상 필름을 형성하여 컴팩트한 반투과형 액정 표시 장치를 구현할 수 있는 효과가 있다.

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10. 공통전극이 형성된 상부기판;

    게이트 배선과 데이터 배선이 교차 배치되어 화소 영역을 정의 하고, 상기 화소 영역에 형성된 투명전극과, 상기 투명전극 상에 형성된 반사전극 및 상기 게이트 배선과 데이터 배선의 교차 영역에 배치된 박막 트랜지스터를 포함하는 하부기판;

    상기 상부기판과 상기 하부기판 사이에 개재된 액정층; 및

    상기 하부기판과 액정층 사이에서 게재되고, 배향막과 상기 배향막 상에 형성된 광반응성 액정 물질로 이루어진 균일한 두께의 인셀(in-cell)타입의 위상차 보상 필름을 포함하고,

    상기 위상차 보상 필름은,

    상기 투명전극만 형성되는 영역과 대응되고, 상기 광반응성 액정 물질이 수직 배향되어 위상지연값이 없는 제 1 영역과 상기 투명전극 및 반사전극이 형성되는 영역과 대응되고, 상기 광반응성 액정 물질이 수평 배향되어 위상지연값을 가지는 제 2 영역을 포함하고,

    상기 광반응성 액정 물질은 액정(LC)과 바인더(binder)와 광경화성 물질을 포함하고,

    상기 배향막은 수직 배향 물질을 도포한 것으로, 이온빔 조사로 제 2 영역에 형성된 수직 배향 물질을 표면 배향 처리하여 수평 배향하고, 상기 배향막 상에 광반응성 액정물질을 코팅 및 광 경화하여 상기 위상차 보상 필름을 형성한 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
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