KR20020044280A - Optically compensated bend mode lcd - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 광학적으로 보상된 밴드 모드 액정 표시 장치에 관한 것이다.The present invention relates to a liquid crystal display device, and more particularly, to an optically compensated band mode liquid crystal display device.
트위스트 네마틱(twisted nematic: 이하, TN) 모드 액정 표시 장치는 좁은 시야각에도 불구하고, 노트북 컴퓨터에 널리 사용되어 왔다. 그러나, 액정 표시 장치가 모니터 및 텔레비젼 시장에서 CRT(cathode ray tube) 표시장치를 대체하기 위하여는 시야각을 향상시키는 것이 필수적인 선결 과제이었다.Twisted nematic (TN) mode liquid crystal displays have been widely used in notebook computers, despite their narrow viewing angles. However, in order for liquid crystal displays to replace cathode ray tube (CRT) displays in the monitor and television markets, improving viewing angles has been an essential prerequisite.
최근에는 TN 모드 액정 표시 장치의 시야각을 개선하기 위하여, 액정층에 이중 도메인을 형성하는 기술 및 IPS(in plane switching) 모드 액정 표시 장치가 제안되었다. 여기서, 액정층내에 이중 도메인을 형성하는 기술로는 (1)다중 러빙 방법(multiple rubbing method), (2)다중 배향막 방법(multiple alignment layer method), (3)에지 프린지 필드 방법(edge fringe field method) 및 (4)평행 프린지 필드 방법(parallel fringe field method)들이 있다.Recently, in order to improve the viewing angle of a TN mode liquid crystal display, a technique of forming a double domain in a liquid crystal layer and an in plane switching (IPS) mode liquid crystal display have been proposed. Here, as a technique for forming a double domain in the liquid crystal layer, (1) a multiple rubbing method, (2) a multiple alignment layer method, (3) an edge fringe field method ) And (4) parallel fringe field methods.
그러나, 이들 방법은 번거로운 공정을 필요로 한다. 예를들면, 다중 러빙 방법이 사용될 때, 각 패널은 하나 또는 두 기판에 대하여 한 번 이상의 러빙공정 및 포토리소그라피 공정을 필요로 한다. 다중 배향막 방법이 사용될 때는, 하나 또는 두 기판에 대하여 하나의 배향막 패터닝 및 에칭을 필요로 한다. 평행 프린지 필드 방법이 사용될 때는, 컬러 필터 상부에 있는 ITO층이 패터닝되어야 할 필요가 있다. 이들 3가지 방법들의 공정은 코팅, 베이킹, 패터닝, 현상 및 포토레지스트의 제거 단계들을 포함한다. 또한, 다중 러빙 방법은 하나의 추가층의 러빙, 다중 배향막 방법은 하나 의 추가층의 코팅 또는 평행 프린지 필드 방법은 컬러 필터쪽에서의 ITO 에칭을 필요로 한다. 그래서, 듀얼 도메인 형성 공정은 종래의 단일 도메인 형성 공정보다 복잡하고 더 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다. 더구나, 다중 러빙 방법은 시야각이 비대칭적인 단점이 있었다.However, these methods require cumbersome processes. For example, when multiple rubbing methods are used, each panel requires more than one rubbing process and photolithography process for one or two substrates. When the multiple alignment film method is used, one alignment film patterning and etching is required for one or two substrates. When the parallel fringe field method is used, the ITO layer on top of the color filter needs to be patterned. The process of these three methods includes coating, baking, patterning, developing and removing photoresist. In addition, the multiple rubbing method requires rubbing of one additional layer, the multiple alignment film method requires coating of one additional layer or the parallel fringe field method requires ITO etching toward the color filter. Thus, the dual domain formation process is more complicated and more expensive than the conventional single domain formation process. Moreover, the multiple rubbing method has a disadvantage in that the viewing angle is asymmetric.
또한, IPS 모드 액정 표시 장치는 시야각 특성이 매우 우수한 반면, 투과율 및 개구율이 매우 낮고, 응답 속도가 매우 느리다는 단점이 있다.In addition, while the IPS mode liquid crystal display has excellent viewing angle characteristics, the transmittance and aperture ratio are very low, and the response speed is very slow.
이에따라, 종래에는 여러번의 러빙 공정없이 전 방향에서 고른 시야각 특성을 얻으면서 응답 속도를 개선하기 위하여, 액정 분자의 굴절율 이방성을 보상하는 광학적으로 보상된 밴드(Optically Compansated Bend: 이하 OCB) 모드의 액정 표시 장치가 제안되었다.(참조 문헌:SID 93 Digest 277쪽, "Wide-Viewing-Angle Display Mode for the Active-Matrix LCD Using Bend - Alignment Liquid cristal Cell, Y.Yamaguchi, T.Miyashita, T.Uchida)Accordingly, in order to improve the response speed while obtaining even viewing angle characteristics in all directions without several rubbing processes, a liquid crystal display of an optically compensated band (OCB) mode that compensates for refractive anisotropy of liquid crystal molecules. A device has been proposed (see SID 93 Digest, page 277, "Wide-Viewing-Angle Display Mode for the Active-Matrix LCD Using Bend-Alignment Liquid cristal Cell, Y. Yamaguchi, T. Miyashita, T. Uchida).
도 1a 내지 도 1c는 종래의 OCB 모드 액정 표시 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 단면도이다.1A to 1C are cross-sectional views illustrating the structure and operation of a conventional OCB mode liquid crystal display.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 하부 기판(10)과 상부 기판(15)은 소정 거리를 두고 대향 배치된다. 하부 기판(10)과 상부 기판(15) 사이에는 수개의 액정 분자(18a)들을 포함하는 액정층(18)이 개재된다. 여기서, 액정층(18)은 유전율 이방성이 양인 물질을 사용한다. 하부 기판(10)과 상부 기판(15)의 내측면에는 액정 분자들을 구동시키기 위한 화소 전극(11)과 공통 전극(16)이 각각 구비되어 있다. 또한, 화소 전극(11)을 포함하는 하부 기판(10)과 액정층(18) 사이에, 제 1 배향막(12)이 배치되어 있고, 공통 전극(16)을 포함하는 상부 기판(15)과 액정층(18) 사이에 제 2 배향막(17)이 배치되어 있다. 제 1 배향막(12)과 제 2 배향막(17)은 프리틸트각이 10°이하인 수평 배향막이고, 서로 평행한 방향으로 러빙된다. 하부 기판(10)의 외측면과 상부 기판(15)의 외측면 각각에는 소정의 편광축을 갖는 제 1 및 제 2 편광판(19a,19b)이 부착된다. 이때, 제 1 및 제 2 편광판(19a,19b)은 그것의 편광축이 서로 교차되도록 배치되고, 둘 중 어느 하나는 러빙축과 45˚또는 135˚의 각도를 가지고 배치됨이 바람직하다.First, as shown in FIG. 1A, the lower substrate 10 and the upper substrate 15 are disposed to face each other at a predetermined distance. A liquid crystal layer 18 including several liquid crystal molecules 18a is interposed between the lower substrate 10 and the upper substrate 15. Here, the liquid crystal layer 18 uses a material having a positive dielectric anisotropy. Inner surfaces of the lower substrate 10 and the upper substrate 15 are provided with a pixel electrode 11 and a common electrode 16 for driving liquid crystal molecules, respectively. In addition, the first alignment layer 12 is disposed between the lower substrate 10 including the pixel electrode 11 and the liquid crystal layer 18, and the upper substrate 15 and the liquid crystal including the common electrode 16. The second alignment layer 17 is disposed between the layers 18. The first alignment film 12 and the second alignment film 17 are horizontal alignment films having a pretilt angle of 10 ° or less, and are rubbed in directions parallel to each other. First and second polarizing plates 19a and 19b having predetermined polarization axes are attached to each of an outer surface of the lower substrate 10 and an outer surface of the upper substrate 15. At this time, the first and second polarizing plates 19a and 19b are disposed such that their polarization axes cross each other, and either one of them is preferably disposed at an angle of 45 ° or 135 ° with the rubbing axis.
이러한 OCB 모드의 액정 표시 장치는 다음과 같이 동작된다.The liquid crystal display of the OCB mode is operated as follows.
먼저, 도 1a에 도시된 바와 같이, 화소 전극 및 공통 전극(11,16) 사이에 전압차가 발생되지 않으면, 액정 분자들(18a)은 제 1 및 제 2 배향막(12,17)만의 영향을 받아 스플레이(splay) 형태로 배열된다.First, as shown in FIG. 1A, when no voltage difference is generated between the pixel electrode and the common electrodes 11 and 16, the liquid crystal molecules 18a are affected only by the first and second alignment layers 12 and 17. Arranged in splay form.
그후, 임계 전압(Vs) 이상의 전압이 인가되면, 도 1c에 도시된 바와 같이,미들레이어(middle layer:ML)에 있는 액정 분자(18a)들이 전계와 그것의 장축이 거의 평행하도록 배열되어, 스플레이된 액정 분자(18a)들은 밴드 상태로 배열된다.Then, when a voltage above the threshold voltage Vs is applied, as shown in FIG. 1C, the liquid crystal molecules 18a in the middle layer ML are arranged such that the electric field and its long axis are substantially parallel, and thus splay. The liquid crystal molecules 18a are arranged in a band state.
즉, 전압이 인가되기 전, 미들레이어에 있는 액정 분자는 상하부 배향막의 대칭성 때문에 스플레이 상태로 배열되어 있다. 한편, 소정 전압이 인가되면, 미들레이어에 있는 액정 분자들이 전계에 의한 힘을 견디지 못하고 전계와 장축이 평행하는 밴드 상태로 바뀐다.That is, before the voltage is applied, the liquid crystal molecules in the middle layer are arranged in the splay state because of the symmetry of the upper and lower alignment layers. On the other hand, when a predetermined voltage is applied, the liquid crystal molecules in the middle layer do not endure the force of the electric field and change into a band state in which the electric field and the long axis are parallel.
또한, 이 임계 전압 이상이 화소 전극에 가해지면, 미들레이어 뿐만아니라 배향막 부근에 있는 액정 분자 들도 기판 표면에 대하여 장축이 수직을 이루도록 배열되어, 임계 전압 이상의 전압을 가할수록 액정 분자들이 수직으로 서게 되는 비율이 크게된다. 이때, OCB 모드 액정 표시 장치는 일반적인 액정 표시 장치와 달리, 화소 전극에 전압이 인가된 상태 중 최대 광량을 나타낼때를 화이트(혹은 다크) 상태로 이용하고, 최소 광량을 나타날때를 다크(혹은 화이트) 상태로 이용한다. 즉, 임계 전압 이하의 전압은 디스플레이 모드로 사용하지 않는다.In addition, when more than this threshold voltage is applied to the pixel electrode, not only the middle layer but also the liquid crystal molecules in the vicinity of the alignment layer are arranged so that the major axis is perpendicular to the surface of the substrate, so that the liquid crystal molecules stand vertically as the voltage above the threshold voltage is applied. The ratio becomes large. In this case, unlike the general liquid crystal display, the OCB mode liquid crystal display uses white (or dark) when the maximum amount of light is applied to the pixel electrode and dark (or white) when the minimum amount is displayed. We use in state). That is, the voltage below the threshold voltage is not used as the display mode.
이러한 OCB 모드의 액정 표시 장치는, 전계 형성시 미들레이어를 기준으로 액정 분자들(18a)이 상하 대칭적으로 배열되어 있으므로, 광이 하부 기판(10)으로부터 상부 기판(15)을 통과하는 가운데 위상(phase)이 자연스럽게 보상된다. 또한, 다크 상태가 소정의 임계 전압이 가해질 때 달성되므로, 역류(backflow) 현상이 발생되지 않으며, 비교적 빠른 응답 속도를 갖는다.In the liquid crystal display of the OCB mode, since the liquid crystal molecules 18a are arranged symmetrically with respect to the middle layer when the electric field is formed, the center phase of light passing through the upper substrate 15 from the lower substrate 10. phase is naturally compensated. In addition, since the dark state is achieved when a predetermined threshold voltage is applied, no backflow phenomenon occurs, and it has a relatively fast response speed.
여기서, 도 2는 종래의 OCB 모드 액정 표시 장치의 시간에 따른 전압을 나타낸 그래프로서, 전압 및 시간에 따른 액정 분자의 배열을 나타낸다.2 is a graph showing voltage over time of a conventional OCB mode liquid crystal display, and shows an arrangement of liquid crystal molecules according to voltage and time.
도 2를 참조하여, OCB 모드 액정 표시 장치는 초기 상태에서, 액정 분자들이 스플레이 상태로 배열되다가, 일정 전압이 인가되면, 트위스트 상태로 배열된다. 그후, 일정 전압 이상이 인가되면 액정 분자들은 밴드 상태로 배열되다가, 전압이 강하되면서, 다시 트위스트 상태 및 스플레이 상태로 천이된다.Referring to FIG. 2, in the OCB mode liquid crystal display, the liquid crystal molecules are arranged in a splay state in an initial state, and are arranged in a twisted state when a predetermined voltage is applied. Thereafter, when a predetermined voltage or more is applied, the liquid crystal molecules are arranged in a band state, and as the voltage drops, the liquid crystal molecules transition back to the twist state and the splay state.
이때, 종래의 OCB 모드 액정 표시 장치는 상술한 바와 같이, 상하판의 편광판을 수직으로 하고 한쪽의 투과축이 액정의 러빙방향과 45도혹은 135도가 이루도록 하여 화소 전극에 소정의 전압이 인가된 상태 중 최대 광량일때 즉, 도면의 A 부분을 화이트 상태로 이용하고, 최소 광량일때, 즉, 도면의 B 부분을 다크 상태로 이용하되, 위상보상필름의 사용으로 다크상태를 보상해야 한다. 혹은 위상보상필름의 위상값을 조정하여 화이트와 다크의 구동 상태를 바꾸어 사용할 수도 있다. 그러므로, 액정 표시 장치의 화이트 및 다크 상태 모두가 일정 전압을 인가한 후에야 실현이 가능하므로, 구동상 어려움이 따른다.In this case, in the conventional OCB mode liquid crystal display, as described above, a predetermined voltage is applied to the pixel electrode such that the polarizing plates of the upper and lower plates are vertical and one transmission axis is 45 degrees or 135 degrees with the rubbing direction of the liquid crystal. When the maximum amount of light, that is, use the A portion of the drawing in the white state, the minimum amount of light, that is, use the portion B of the drawing in the dark state, the dark state should be compensated by the use of the phase compensation film. Alternatively, the white and dark driving states may be changed by adjusting the phase value of the phase compensation film. Therefore, since both the white and dark states of the liquid crystal display can be realized after applying a constant voltage, driving difficulties are caused.
따라서, 본 발명은 높은 임계 전압을 인가하지 않고도, 온, 오프를 실현할 수 있는 OCB 모드 액정 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.Accordingly, an object of the present invention is to provide an OCB mode liquid crystal display device which can realize on and off without applying a high threshold voltage.
도 1a 내지 도 1c는 종래의 OCB 모드 액정 표시 장치의 구성 및 동작을 설명하기 위한 단면도.1A to 1C are cross-sectional views illustrating the structure and operation of a conventional OCB mode liquid crystal display device.
도 2는 종래의 OCB 모드 액정 표시 장치의 시간에 따른 전압을 나타낸 그래프.2 is a graph showing voltage over time of a conventional OCB mode liquid crystal display.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 OCB 모드 액정 표시 장치의 단면도.3A and 3B are cross-sectional views of an OCB mode liquid crystal display device according to the present invention.
도 4는 액정층내에 도펀트 첨가량에 따른 전압 대 투과율 그래프.4 is a graph of voltage vs. transmittance according to the amount of dopant added in the liquid crystal layer.
도 5a는 OCB 모드 액정 표시 장치의 액정층에 도펀트를 d/p비가 0.23 만큼 도핑하였을때의 전압에 따른 자유 에너지를 나타낸 그래프.5A is a graph illustrating free energy according to voltage when a dopant is doped in a liquid crystal layer of an OCB mode liquid crystal display by 0.23.
도 5b는 OCB 모드 액정 표시 장치의 액정층에 도펀트를 d/p비가 0.27 만큼 도핑하였을때의 전압에 따른 자유 에너지를 나타낸 그래프.5B is a graph showing free energy according to voltage when a dopant is doped in a liquid crystal layer of an OCB mode liquid crystal display by 0.27.
도 6은 본 발명의 OCB 모드 액정 표시 장치의 위상 지연에 따른 투과율 그래프.6 is a graph illustrating transmittance according to phase delay of an OCB mode liquid crystal display of the present invention.
도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 위상 보상 필름의 단면도.7A and 7B are cross-sectional views of a phase compensation film according to the present invention.
도 8은 본 발명에 따른 OCB 모드 액정 표시 장치의 전압에 따른 투과율을 나타낸 그래프.8 is a graph showing the transmittance according to the voltage of the OCB mode liquid crystal display according to the present invention.
(도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명)(Explanation of symbols for the main parts of the drawing)
21 - 하부 기판 23 - 화소 전극21-lower substrate 23-pixel electrode
25 - 제 1 수평 배향막 27 - 제 1 위상 보상 필름25-first horizontal alignment layer 27-first phase compensation film
29 - 제 1 편광판 31 - 상부 기판29-first polarizer 31-upper substrate
33 - 카운터 전극 35 - 제 2 수평 배향막33-counter electrode 35-second horizontal alignment layer
39 - 제 2 편광판 40 - 액정층39-second polarizer 40-liquid crystal layer
상기한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 소정 거리를 두고 대향하며, 각각의 내측면에는 구동 전극이 각각 형성된 상부 기판과 하부 기판; 및 상,하부 기판 사이에 개재되는 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층을 포함하며, 상기 구동 전극에 전압이 인가되지 않으면, 액정 분자들을 180。 트위스트된 상태로 배열시키기 위하여 액정 분자에 적당량의 도판트를 첨가하고 필요에 따라서 제조상에 일정 수준의 전압을 걸어서 안정적인 상태를 만드는 것을 특징으로 한다. 즉 주어진 도판트양에서 일부 화소부분에서 트위스트 상태가 되지 않고 스플레이 상태가 남아 있을 경우 일정 전압을 인가하면 첨가된 도판트 때문에 전영역이 전압이 인가된 트위스트 상태가 되는데 이 상태가 밴드 상태와 유사하게 된다. 한번 이상태를 거친 경우 전압을 인가하지 않을 시에 안정적인 트위스트 상태를 만들 수 있다. 상기 구동 전극에 특정 전압 이상이 인가되면, 액정 분자들이 밴드상태와 유사한 준 밴드 상태 혹은 밴드상태로 배열되는데 이것은 트위스트 상태가 전압을 인가했을 때 액정의 배열이 밴드상태와 유사하거나 거의 구별할 수 없기 ??문으로 본 발명은 전압인가전,후의 상태가 위의 경우로로 배열되는 것을 특징으로 한다.In order to achieve the above object of the present invention, according to an embodiment of the present invention, facing each other at a predetermined distance, each inner surface of the upper substrate and the lower substrate formed with a driving electrode; And a liquid crystal layer including several liquid crystal molecules interposed between the upper and lower substrates, and when a voltage is not applied to the driving electrode, an appropriate amount of a plate on the liquid crystal molecules to arrange the liquid crystal molecules in a twisted state at 180 °. It is characterized in that a stable state is added by applying a certain level and applying a certain level of voltage on the manufacturing stage as needed. In other words, if a splay state remains in some pixel portions in a given dopant amount and a splay state remains, if a predetermined voltage is applied, the entire region becomes a twist state in which voltage is applied due to the added dopant, which is similar to the band state. . Once in this state, a stable twist can be achieved when no voltage is applied. When a certain voltage or more is applied to the driving electrode, the liquid crystal molecules are arranged in a quasi-band state or a band state similar to the band state, which is that the arrangement of the liquid crystals is similar or almost indistinguishable when the twist state applies a voltage. Therefore, the present invention is characterized in that the states before and after voltage application are arranged in the above cases.
또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, 소정 거리를 두고 대향하며, 각각의 내측면에는 구동 전극이 형성된 상부 기판과 하부 기판; 상하부 기판 사이에 개재되는 수개의 액정 분자를 포함하는 액정층; 상기 하부 기판의 내측 표면에 배치되며, 소정의 러빙축을 갖는 제 1 수평 배향막; 상기 상부 기판의 내측 표면에 배치되며, 상기 제 1 수평 배향막의 러빙축과 평행하는 러빙축을 갖는 제 2 수평 배향막; 상기 하부 기판의 외측에 배치되며, 소정의 편광축을 갖는 제 1 편광판; 및 상기 상부 기판의 외측에 배치되는 상기 제 1 편광판의 편광축과 직교를 이루는 제 2 편광판을 포함하며, 상기 액정층은 꼬임성 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to another embodiment of the present invention, facing each other at a predetermined distance, each inner surface of the upper substrate and the lower substrate formed with a drive electrode; A liquid crystal layer comprising several liquid crystal molecules interposed between the upper and lower substrates; A first horizontal alignment layer disposed on an inner surface of the lower substrate and having a predetermined rubbing axis; A second horizontal alignment layer disposed on an inner surface of the upper substrate and having a rubbing axis parallel to a rubbing axis of the first horizontal alignment layer; A first polarizer disposed outside the lower substrate and having a predetermined polarization axis; And a second polarizing plate orthogonal to a polarization axis of the first polarizing plate disposed outside the upper substrate, wherein the liquid crystal layer includes a twistable dopant.
또한, 본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 소정 거리를 두고 대향하며, 각각의 내측면에는 구동 전극이 형성된 상부 기판과 하부 기판; 상하부 기판 사이에 개재되는 수개의 액정 분자를 포함하며, 유전율 이방성이 양인 액정층; 상기 하부 기판의 내측 표면에 배치되며, 소정의 러빙축을 갖는 제 1 수평 배향막; 상기 상부 기판의 내측 표면에 배치되며, 상기 제 1 수평 배향막의 러빙축과 평행하는 러빙축을 갖는 제 2 수평 배향막; 상기 하부 기판의 외측에 배치되며, 소정의 편광축을 갖는 제 1 편광판; 상기 상부 기판의 외측에 배치되는 상기 제 1 편광판의 편광축과 직교를 이루는 제 2 편광판; 상기 제 1 편광판과 상기 하부 기판 사이에 개재되는 제 1 위상 보상 필름; 및 상기 제 2 편광판과 상기 상부 기판 사이에 개재되는 제 2 위상 보상 필름을 포함하며, 상기 액정층은 꼬임성 도펀트를 포함하는 것을 특징으로 한다.In addition, according to another embodiment of the present invention, facing each other at a predetermined distance, each inner surface of the upper substrate and the lower substrate formed with a drive electrode; A liquid crystal layer comprising several liquid crystal molecules interposed between the upper and lower substrates and having a positive dielectric anisotropy; A first horizontal alignment layer disposed on an inner surface of the lower substrate and having a predetermined rubbing axis; A second horizontal alignment layer disposed on an inner surface of the upper substrate and having a rubbing axis parallel to a rubbing axis of the first horizontal alignment layer; A first polarizer disposed outside the lower substrate and having a predetermined polarization axis; A second polarizing plate perpendicular to the polarization axis of the first polarizing plate disposed outside the upper substrate; A first phase compensation film interposed between the first polarizing plate and the lower substrate; And a second phase compensation film interposed between the second polarizing plate and the upper substrate, wherein the liquid crystal layer comprises a twistable dopant.
(실시예)(Example)
이하, 첨부한 도면에 의거하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하도록 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
첨부한 도면 도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 OCB 모드 액정 표시 장치의 단면도이고, 도 4는 액정층내에 도펀트 첨가량에 따른 전압 대 투과율 그래프이다. 또한, 도 5a는 OCB 모드 액정 표시 장치의 액정층에 도펀트를 d/p비가 0.23 만큼 도핑하였을때의 전압에 따른 자유 에너지를 나타낸 그래프이고, 도 5b는 OCB 모드 액정 표시 장치의 액정층에 도펀트를 d/p비가 0.27 만큼 도핑하였을때의 전압에 따른 자유 에너지를 나타낸 그래프이다. 아울러, 도 6 본 발명의 OCB 모드 액정 표시 장치의 위상 지연에 따른 투과율 그래프이고, 도 7a 및 도 7b는 본 발명에 따른 위상 보상 필름의 단면도이다. 또, 도 8은 본 발명에 따른 OCB 모드 액정 표시 장치의 전압에 따른 투과율을 나타낸 그래프이다.3A and 3B are cross-sectional views of an OCB mode liquid crystal display device according to the present invention, and FIG. 4 is a graph of voltage versus transmittance according to the amount of dopant added in the liquid crystal layer. 5A is a graph showing free energy according to voltage when a dopant is doped in a liquid crystal layer of an OCB mode liquid crystal display by 0.23, and FIG. 5B is a graph showing a dopant in a liquid crystal layer of an OCB mode liquid crystal display. This graph shows the free energy according to the voltage when the d / p ratio is 0.27 doped. 6 is a graph of transmittance according to phase retardation of the OCB mode liquid crystal display of the present invention, and FIGS. 7A and 7B are cross-sectional views of the phase compensation film according to the present invention. 8 is a graph showing transmittance according to voltage of the OCB mode liquid crystal display according to the present invention.
먼저, 도 3a를 참조하여, 하부 기판(21)과 상부 기판(31)은 소정 거리를 두고 대향 배치된다. 하부 기판(21)의 내측 표면에는 구동 전극, 예를들어, 화소 전극(23)이 형성되고, 화소 전극(23)의 일 표면에는 제 1 수평 배향막(25)이 형성된다. 상부 기판(31)의 내측 표면에는 구동 전극, 예를들어, 카운터 전극(33)이 형성되고, 카운터 전극(33)의 표면에는 제 2 수평 배향막(35)이 형성된다. 여기서, 화소 전극(23) 및 카운터 전극(33)은 투과형일 경우는 투명 도전체로 형성되고, 반사형일 경우는 불투명한 도전체로 형성될 수 있다. 아울러, 제 1 및 제 2 수평 배향막(25,35)은 10°이하의 프리틸트(pretilt)각을 가지며, 서로 평행(parallel)한 러빙축을 갖는다.First, referring to FIG. 3A, the lower substrate 21 and the upper substrate 31 are disposed to face each other at a predetermined distance. A driving electrode, for example, a pixel electrode 23 is formed on an inner surface of the lower substrate 21, and a first horizontal alignment layer 25 is formed on one surface of the pixel electrode 23. A drive electrode, for example, a counter electrode 33 is formed on the inner surface of the upper substrate 31, and a second horizontal alignment layer 35 is formed on the surface of the counter electrode 33. Here, the pixel electrode 23 and the counter electrode 33 may be formed of a transparent conductor in the case of a transmissive type and an opaque conductor in the case of a reflective type. In addition, the first and second horizontal alignment layers 25 and 35 have a pretilt angle of 10 ° or less, and have parallel rubbing axes.
하부 기판(21)의 외측면에는 소정의 편광축을 갖는 제 1 편광판(29)이 배치된다. 또한, 상부 기판(31)의 외측면에는 소정의 편광축을 갖는 제 2 편광판(39)이 배치된다. 여기서, 제 1 및 제 2 편광판(29,39)의 편광축은 서로 교차되도록 배치되고, 이들 편광축중 중 어느 하나는 러빙축과 소정 각도 예를들어, 25∼50˚또는 110∼140˚의 각도, 더욱 바람직하게는 45° 또는 135°를 이루도록 배치됨이 바람직하다.The first polarizing plate 29 having a predetermined polarization axis is disposed on the outer surface of the lower substrate 21. In addition, a second polarizing plate 39 having a predetermined polarization axis is disposed on the outer surface of the upper substrate 31. Here, the polarization axes of the first and second polarizing plates 29 and 39 are arranged to cross each other, and any one of these polarization axes is a rubbing axis and a predetermined angle, for example, an angle of 25 to 50 degrees or 110 to 140 degrees, More preferably, it is arranged to achieve 45 ° or 135 °.
하부 기판(21)과 상부 기판(31) 사이의 공간에는 다수개의 액정 분자(40a)를 포함하는 액정층(40)이 개재된다. 액정층(40)내의 액정 분자(40a)는 유전율 이방성이 양일 수 있다. 이러한 액정층(40)에는 액정 분자(40a)가 전압 인가시 밴드 상태로 빠르게 변화되기 쉽도록, 도펀트가 소정치만큼 주입된다. 이때, 도펀트는 액정 분자(40a)들이 180° 트위스트 될 수 있도록 하는 역할을 하며, 이러한 도펀트로는 카이랄(chiral) 도펀트가 있다.The liquid crystal layer 40 including the plurality of liquid crystal molecules 40a is interposed in the space between the lower substrate 21 and the upper substrate 31. The liquid crystal molecules 40a in the liquid crystal layer 40 may have positive dielectric anisotropy. The dopant is injected into the liquid crystal layer 40 by a predetermined value so that the liquid crystal molecules 40a are easily changed into a band state when a voltage is applied. In this case, the dopant serves to allow the liquid crystal molecules 40a to be twisted by 180 °, and the dopant is a chiral dopant.
여기서, 도 4는 도펀트 주입량에 따른 전압 대 투과율 그래프로서, 이를 참조하여 도펀트의 첨가량과 동작 전압(operation voltage)과의 관계를 설명한다. 일반적으로 도펀트의 첨가량은 꼬임 피치(pitch)에 대한 셀갭의 비(d/p, 이하 디피비)로 나타내어지며, 도 4는 디피비를 0.2 에서 0.8까지 변화시켰을때, 전압에 따른 투과율을 나타낸 그래프이다. 도 4에 의하면, 디피비가 0.8 정도인 경우, 디피비가 0.2 인 경우에 비하여, 동일 전압에서 투과율이 상대적으로 낮다. 이에따라, 도펀트가 너무 많이 첨가되는 경우는 높은 동작 전압이 요구됨을 알 수 있다.Here, FIG. 4 is a graph of voltage vs. transmittance according to the dopant injection amount, and the relationship between the addition amount of the dopant and the operation voltage will be described with reference to the graph. In general, the amount of dopant added is expressed as the ratio of cell gap to twist pitch (d / p, hereinafter referred to as dip ratio), and FIG. 4 is a graph showing transmittance according to voltage when the dip ratio is changed from 0.2 to 0.8. to be. According to Fig. 4, when the dip ratio is about 0.8, the transmittance is relatively low at the same voltage as compared with the case where the dip ratio is 0.2. Accordingly, it can be seen that when too much dopant is added, a high operating voltage is required.
또한, 도 5a는 OCB 모드 액정 표시 장치의 액정층에 도펀트를 d/p비가 0.23 만큼 도핑하였을때의 전압에 따른 자유 에너지를 나타낸 그래프이고, 도 5b는 OCB 모드 액정 표시 장치의 액정층에 도펀트를 d/p비가 0.27 만큼 도핑하였을때의 전압에 따른 자유 에너지를 나타낸 그래프이다.5A is a graph showing free energy according to voltage when a dopant is doped in a liquid crystal layer of an OCB mode liquid crystal display by 0.23, and FIG. 5B is a graph showing a dopant in a liquid crystal layer of an OCB mode liquid crystal display. This graph shows the free energy according to the voltage when the d / p ratio is 0.27 doped.
먼저, 도 5a에 의하면, 디피비가 0.23인 경우, 스플레이 상태가 트위스트 상태 보다 더 낮은 자유 에너지를 갖는다. 그러므로, 전압 인가전, 액정 분자들(40a)은 도펀트가 첨가되었더라도, 더욱 안정한 상태인 스플레이 상태로 배열된다. 이에따라, 액정 분자들이 전계 방향으로 배열시키는데, 즉 밴드 상태로 배열시키는데 더욱 높은 전압이 요구된다.First, according to FIG. 5A, when the dip ratio is 0.23, the splay state has a lower free energy than the twist state. Therefore, before voltage application, the liquid crystal molecules 40a are arranged in a splay state, which is a more stable state even if dopant is added. Accordingly, higher voltages are required to align the liquid crystal molecules in the electric field direction, ie in a band state.
한편, 도 5b에서와 같이, 디피비가 0.27인 경우는 트위스트 상태가 스플레이상태보다 더욱 낮은 자유 에너지를 갖는다. 그러므로, 전압 인가전, 액정 분자들은 스플레이 상태로 배열되기 보다는 트위스트 상태로 배열된다. 그 결과, 액정 분자들은 전압을 인가했을 때 밴드 상태 혹은 준 밴드 상태와 동일한 상태가 되는 트위스트 상태로 배열되므로, 초기의 높은 전압이 요구되지 않는다. 따라서, 위의 두 실험의 결과 도펀트가 약 0.25 이상에서 디피비로 첨가되었을 때, 액정 분자들이 전압 인가전 트위스트 상태로 배열된다..On the other hand, as shown in Fig. 5B, when the diffraction ratio is 0.27, the twist state has a lower free energy than the splay state. Therefore, before voltage application, the liquid crystal molecules are arranged in a twisted state rather than arranged in a splay state. As a result, the liquid crystal molecules are arranged in a twisted state that becomes the same state as the band state or quasi-band state when a voltage is applied, so that an initial high voltage is not required. Thus, as a result of the above two experiments, when the dopant is added in dippy at about 0.25 or more, the liquid crystal molecules are arranged in a twisted state before voltage application.
또한, 도 6은 본 발명의 OCB 모드 액정 표시 장치의 위상 지연(phase retardation)에 따른 투과율 그래프이다. 여기서, 위상 지연은 공지된 바와 같이, 상하 기판(21,31)간의 거리(d)와 액정 분자(40a)의 굴절율 이방성(Δn)의 곱으로 나타내어지며, 본 도면은 위상 지연을 변화시켜가면서 투과율을 측정한 그래프이다. 본 도면에 의하면, 위상 지연(dΔn)이 1 내지 1.5㎛일때 최대 투과율을 보인다. 이에따라, 본 발명에선 최대 투과율을 실현하기 위하여, 위상 지연이 1 내지 1.5㎛이 되도록 상하 기판간의 거리 및 굴절율 이방성을 조절한다.6 is a graph of transmittance according to phase retardation of the OCB mode liquid crystal display of the present invention. Here, the phase delay is represented by a product of the distance d between the upper and lower substrates 21 and 31 and the refractive index anisotropy Δn of the liquid crystal molecules 40a, as is well known. Is a graph measured. According to this figure, the maximum transmittance is shown when the phase retardation dΔn is 1 to 1.5 mu m. Accordingly, in the present invention, in order to realize the maximum transmittance, the distance between the upper and lower substrates and the refractive index anisotropy are adjusted so that the phase delay is 1 to 1.5 mu m.
또한, OCB 모드 액정 표시 장치는 전압을 인가한 상태에서 상대적으로 최대 광량인 부분을 화이트로 이용하고, 최소 광량인 부분을 다크로 이용하므로, 완벽한 다크 및 화이트를 실현하기 어렵다. 이에따라, 본 실시예에서는 하부 기판(21)과 제 1 편광판(29) 사이에 제 1 위상 보상 필름(27)이 개재되고, 상부 기판(31)과 제 2 편광판(39) 사이에 제 2 위상 보상 필름(37)이 개재된다. 여기서, 제 1 위상 보상 필름(27)은 도 7a에 도시된 바와 같이, 액정층(40)의 미들레이어( ML) 아랫 부분(X1)과 굴절율이방성은 절대값은 같고, 부호는 반대인 분자들이 경계면을 중심으로 대칭을 이루도록 배열된 액정 분자들(27a)로 구성된다. 제 2 위상 보상 필름(37)은 도 7b에 도시된 바와 같이, 액정층(40)의 미들레이어(ML) 윗 부분(X2)과 굴절율이방성은 절대값은 같고, 부호는 반대인 분자들이 경계면을 중심으로 대칭을 이루도록 배열된 액정 분자들(37a)로 구성된다. 이러한 위상 보상 필름(27,37)에 의하여 액정 분자들의 굴절율 이방성이 보상된다.In addition, since the OCB mode liquid crystal display uses a portion having a maximum amount of light as white and a portion having a minimum amount of light as dark in a state where a voltage is applied, it is difficult to realize perfect dark and white. Accordingly, in the present exemplary embodiment, the first phase compensation film 27 is interposed between the lower substrate 21 and the first polarizing plate 29, and the second phase compensation is between the upper substrate 31 and the second polarizing plate 39. The film 37 is interposed. Here, as shown in FIG. 7A, the first phase compensation film 27 may have molecules in which the refractive index anisotropy and the opposite sign are the same as those of the lower portion X1 of the middle layer ML of the liquid crystal layer 40. It consists of liquid crystal molecules 27a arranged to be symmetrical about the interface. As shown in FIG. 7B, the second phase compensation film 37 has the same refractive index anisotropy as those of the upper portion X2 of the middle layer ML of the liquid crystal layer 40, and the molecules having the same sign are opposite to each other. It consists of liquid crystal molecules 37a arranged to be symmetrical about the center. The refractive index anisotropy of the liquid crystal molecules is compensated by the phase compensation films 27 and 37.
또는 상기한 위상 보상 필름에 적당량의 위상값을 더하여 원하는 전압에서 완전한 다크상태를 만드는 것을 특징으로 할 수 있다.Alternatively, the phase compensation film may be added with an appropriate amount of phase value to form a complete dark state at a desired voltage.
이밖에도 위상 보상 필름을 만들기 위해서 상기한 방법이외에 위상보상필름의 분자들이 대칭적인 분포를 갖지않고, 일정한 Tilt각을 갖게 할 수도 있고, Biaxial한 굴절율이방성을 갖는 물질로 위상보상 필름을 제작할 수도 있다.In addition, in order to make a phase compensation film, in addition to the above-described method, the molecules of the phase compensation film may not have a symmetrical distribution, may have a constant Tilt angle, or the phase compensation film may be made of a material having biaxial refractive index anisotropy.
이러한 구성을 갖는 OCB 모드 액정 표시 장치는 다음과 같이 동작된다.The OCB mode liquid crystal display device having such a configuration is operated as follows.
먼저, 액정 표시 장치를 제작한 직후에는 도펀트가 액정층내에 첨가되었기 ??문에 트위스트 상태로 배열되어야한다. 하지만 일부분 혹은 부분 부분마다 표면 배향력 때문에 스플레이 상태가 생길 수 있다. 이 경우는 시초에 스타팅 전압(starting voltage)을 인가하면, 액정 분자(40a)들은 첨가된 도펀트의 영향으로 도 3a와 같이, 180° 트위스트 상태로 배열되고, 전압 인가가 중단되더라도 다시 스플레이 상태로 되돌아가지 않게 된다. 이러한 초기 공정을 거친후 본 발명의 OCB 모드 액정 표시 장치는 전압 인가전에 액정 분자들이 180°트위스트 상태로 배열된다.First, immediately after fabrication of the liquid crystal display, the dopant has to be added in the liquid crystal layer, so it should be arranged in a twisted state. However, splay may occur due to the surface orientation force on a part or part. In this case, when a starting voltage is initially applied, the liquid crystal molecules 40a are arranged in a 180 ° twisted state as shown in FIG. 3A under the influence of the added dopant, and return to the splay state even when the voltage application is stopped. You won't go. After this initial process, the OCB mode liquid crystal display of the present invention arranges the liquid crystal molecules in a twisted state of 180 ° before applying voltage.
이에따라, 전압 인가전, 액정 분자(40a)들이 트위스트 상태로 배열되어 있다가 전압이 인가되면 이 전압이 인가된 트위스트 상태가 밴드형태혹은 밴드와 유사한 상태가 되면, 특정 전압에서 제 1 편광판(29)을 통과한 빛은 액정층(40)을 지나면서, 그 진행 방향이 변화되어, 제 2 편광판(39)을 통과하게 되는데 이상적으로 진행방향이 90。바뀐 선편광이 되면 2편광판을 통과할 때 가장 큰 투과율을 나타내게 되므로 화면이 제일 밝게 된다. 전압을 좀더 인가하면 액정이 배향막에 대하여 수직으로 세워지는 비율이 증가되므로 제1편광판을 통과하는 빛이 액정의 영향을 받지 않은 채 투과축이 수직인 제 2편광판에 도착하므로 결국 화면을 다크상태가 된다. 이 때 원하는 전압에서 더 완전한 다크를 만들기 위해서위상 보상 필름이 정면에서 특정한 위상값을 갖도록 하면 다크상태를 조절할 수 있게 되어 구동전압을 조절할 수 있다. 시야각을 보상하기 위해서 위상 보상 필름은 위에서 말한 특정 위상값을 제외한 위상값이 액정층의 다크상태에서의 분포와 대칭적으로 분포를 시키되, 액정층의 굴절율 이방성과 절대치는 같으나 부호는 반대인 것을 사용하면 원하는 전압에서 전시야각에 걸친 우수한 다크 상태를 얻을 수 있게 되므로 결과적으로 시야각을 증가시킬 수 있다. 이때 위상 보상 필름을 액정층과 대칭적인 분포를 갖도록 할 수도 있고, 대칭적인 분포를 갖는 것의 평균값을 특정 각으로 Tilt시킨 음의 굴절율 이방성을 갖는 물질을 사용할 수 있다. 또한 Biaxial한 굴절율 이방성을 갖는 물질을 위상보상필름으로 사용할 수도 있다.Accordingly, before the voltage is applied, the liquid crystal molecules 40a are arranged in a twisted state, and when a voltage is applied, when the twisted state to which the voltage is applied becomes a band shape or a band-like state, the first polarizing plate 29 at a specific voltage is applied. The light passing through the liquid crystal layer 40 passes through the second polarizing plate 39 while the traveling direction is changed. Ideally, when the linearly polarized light is changed by 90 °, the largest light is passed through the second polarizing plate. Since the transmittance is shown, the screen is the brightest. Applying a higher voltage increases the rate at which the liquid crystal is perpendicular to the alignment layer. Therefore, the light passing through the first polarizing plate arrives at the second polarizing plate whose transmission axis is vertical without being affected by the liquid crystal. do. At this time, in order to make the phase compensation film have a specific phase value in the front in order to make a more complete dark at the desired voltage, the dark state can be adjusted and the driving voltage can be adjusted. In order to compensate for the viewing angle, the phase compensation film has a phase value symmetrically distributed in the dark state of the liquid crystal layer except for the specific phase values described above, but the refractive index anisotropy of the liquid crystal layer is the same as the absolute value, but the sign is reversed. This results in an excellent dark state over the viewing angle at the desired voltage, resulting in increased viewing angle. In this case, the phase compensation film may have a symmetrical distribution with the liquid crystal layer, and a material having negative refractive anisotropy in which the average value of the symmetrical distribution is tilted at a specific angle may be used. In addition, a material having biaxial refractive anisotropy may be used as the phase compensation film.
여기서, 도 8은 본 발명에 따른 OCB 모드 액정 표시 장치의 전압에 따른 투과율을 나타낸 그래프이다. 도 8에 의하면, 시초 스타팅 전압을 인가하여 액정 분자들이 180°트위스트 된 상태로 배열시킨 후에는, 전압 인가전, 액정 분자들은 트위스트 상태로 배열된다. 그후, 1.5V 이상의 전압이 인가되면, 액정 분자들이 트위스트에서 밴드상태로 급격한 상태의 변화없이 배열되었다가 전압을 다시 인가하지 않으면 급격한 상태의 변화없이 다시 트위스트 상태로 천이된다.8 is a graph illustrating transmittance according to voltage of the OCB mode liquid crystal display according to the present invention. According to FIG. 8, after the initial starting voltage is applied to arrange the liquid crystal molecules in the twisted state, the liquid crystal molecules are arranged in the twisted state before the voltage is applied. Then, when a voltage of 1.5V or more is applied, the liquid crystal molecules are arranged in a twisted state without a sudden change in the band state, and when the voltage is not applied again, the liquid crystal molecules are transitioned to the twisted state again without a sudden change in state.
즉, 액정층내에 도펀트를 첨가시키면, 일단 트위스트 상태로 변화시킨후에는, 스플레이 상태로 복귀하지 않고, 트위스트 상태에서 밴드 상태로, 다시 밴드 상태에서 트위스트 상태로 천이된다. 이에따라, 전압 인가에 따른 액정 분자의 천이가 균일해지고, 스플레이 상태에서 밴드 상태로 변화될때 보다 구동조건이 간단해지고, 안정적으로 동작이 가능하다.In other words, when the dopant is added to the liquid crystal layer, once it is changed into the twisted state, the transition from the twisted state to the band state and from the band state to the twisted state is performed without returning to the splay state. Accordingly, the transition of the liquid crystal molecules due to the application of voltage becomes uniform, and when the change from the splay state to the band state, the driving conditions are simpler and stable operation is possible.
이상에서 자세히 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면, OCB 모드 액정 표시 장치에서, 액정층에 본발명에서 정하는 특정한 범위의 도펀트를 첨가한다. 이에따라, 제작과정시의 한번의 전압인가에 의해 기존의 OCB모드와는 틀리게 소정의 임계 전압을 인가하지 않고도, 액정 분자들이 초기에 트위스트 상태로 배열되어, 전압 인가시 밴드 상태로의 천이가 용이하다.As described in detail above, according to the present invention, in the OCB mode liquid crystal display device, a dopant in a specific range specified in the present invention is added to the liquid crystal layer. Accordingly, the liquid crystal molecules are initially arranged in a twisted state without applying a predetermined threshold voltage differently from the existing OCB mode by applying one voltage during the manufacturing process, so that transition to a band state is easily performed when voltage is applied. .
아울러, 스플레이 상태에서 밴드 상태로 천이(또는 밴드 상태에서 스플레이 상태로 천이)될 때보다 그 시간이 단축되어, 구동방법이 간단할 뿐아니라, 보다 안정적으로 구동된다.In addition, the time is shorter than when the transition is made from the splay state to the band state (or the transition from the band state to the splay state), so that the driving method is simple and the driving is more stable.
기타, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양하게 변경실시할 수 있다.In addition, various changes can be made in the range which does not deviate from the summary of this invention.
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