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KR20130058578A - 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

액정 표시 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR20130058578A
KR20130058578A KR1020120013414A KR20120013414A KR20130058578A KR 20130058578 A KR20130058578 A KR 20130058578A KR 1020120013414 A KR1020120013414 A KR 1020120013414A KR 20120013414 A KR20120013414 A KR 20120013414A KR 20130058578 A KR20130058578 A KR 20130058578A
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structure layer
crystal display
micro
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조동욱
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 러빙레스로 높은 콘트라스트와 제조 비용의 저감을 도모하면서 고속 응답을 가능하게 하는 액정 표시 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 액정 표시 장치는 서로 대향하는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판과의 사이에 봉지되는 액정과, 각각의 미세 공간으로서의 미세 구멍이 공간적으로 서로 연결하면서 3 차원적으로 배열되어 1개의 대공간을 형성하며, 제1 기판과 제2 기판과의 사이에 삽입되는 미세 구멍 구조층을 구비하며, 액정은 미세 구멍 구조층에 설치된 미세 구멍의 각각 나뉘어 봉지된다.

Description

액정 표시 장치 및 그 제조 방법{LIQUID CRYSTAL DISPLAY AND METHOD OF FABRICATING THE SAME}
본 발명은 응답 속도의 개선을 도모한 액정표시장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
종래의 액정표시장치에 있어서의 배향 기술은, 러빙이라고 하는 배향 처리에 의해서 방향성을 갖게 하고 있다. 도 1은 종래 기술인 러빙 배향에 의한 IPS 모드의 액정표시장치의 설명도이다. 이 종래의 액정표시장치는, 네마틱 액정(1), 수평 전극(11), 화소 기판(12), 대향 기판(13), 배향막(14), 및 스페이서(15)를 구비하도록 구성되어 있다.
그리고, 도 1에 나타내는 액정표시장치는, 러빙 처리를 포함한 이하의 공정으로 제조된다.
공정1: 기판(12, 13)에 배향막(14)을 코팅한다.
공정2: 오븐으로 경화한다.
공정3: 레이온이나 셀룰로오스계 등의 러빙포로 1축방향으로 러빙, 배향막(14)에 이방성을 갖게한다.
공정4: 세정한다.
공정5: 러빙한 양기판(12,13)의 사이에 액정(1)을 주입한다.
이러한 러빙 처리를 가하는 것으로, 강한 배향 규제력과 안정성을 갖게할 수 있다. 그렇지만, 액정표시장치의 고정밀화나 미세화에 수반하고, 이러한 러빙 처리에 의한 이하와 같은 문제점이 있다. 구체적으로는, 러빙시 제거되는 배향막에 의한 이물의 문제, 배향막에 기인하는 광열화의 문제, 러빙 무라에 의한 표시 무라의 문제 등을 들 수 있다.
이러한 문제에 대해서, 기판 면에 대해서 수직 방향으로 관통하는 관통 구멍을 가지는 다공질 재료를 두 기판 사이에 형성하고, 전압이 인가되지 않는 경우, n형 액정이 다공질 재료의 구멍 방향의 방향으로 배향되어 전압 인가 시에는, 기판 면에 평행한 면내에서 n형 액정이 구동 전계 방향 및 구멍 방향에 대해서 수직인 방향으로 배향되도록 한 액정표시장치가 있다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조).
이러한 특허 문헌 1과 관련되는 액정표시장치에 의하면, 다공질 재료를 두 기판 사이에 형성하는 것과 동시에, 기판 면에 대해서 평행하게 구동 전계를 형성하는 횡전계 구동 방식을 이용함으로써, 구동 전계 영역에 종래의 배향막을 이용할 필요가 없고, 러빙레스(rubbing-less; 즉, 러빙공정없이)로 액정을 배향시킬 수 있다. 이 결과, 표시 영역의 투과율의 향상, 고내광성에 의한 장기 신뢰성의 향상, 러빙레스에 의한 제품 비율의 향상, 프로세스의 간소화, 간이화에 수반하는 저비용화를 실현할 수 있다.
<특허문헌1> 일본 특개 2005-140978호공보
그렇지만, 종래 기술에는, 다음과 같은 문제점이 있다.
최근 액정표시장치는, 고정밀화나 미세화와 함께, 고속 응답도 품질면에서의 중요한 요소가 되고 있다. 이 고속 응답에 주목하면, 종래의 러빙 처리를 가하는 액정표시장치에서는, 전압을 인가하여 화소 내의 액정 전체를 움직이기 위해서, 시간이 걸렸다. 특히, 네마틱 액정 모드에서는, 1 ms이하의 고속 응답을 실현할 수 없는 등의 제약이 있었다.
또, 러빙레스의 기술을 개시하고 있는 특허 문헌 1과 관련되는 액정표시장치는, 기판면에 대해서 수직 방향으로 관통하는 관통구멍을 가지는 다공질 재료를 이용함으로써, 러빙 처리에 의한 상술한 문제를 해소함과 동시에, 고정밀화나 미세화를 실현하고 있다. 그렇지만, 고속 응답에 관해서는, 아무런 언급이 되어 있지 않다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 러빙레스로 높은 콘트라스트와 제조 비용의 저감을 도모함으로써 고속 응답을 가능하게 하는 액정표시장치 및 액정표시장치의 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정표시장치는, 서로 대향하는 제1 기판 및 제2 기판과, 제1 기판과 제2 기판과의 사이에 봉지되는 액정과, 각각의 소공간인 미세 구멍이 공간적으로 서로 연결하면서 3 차원으로 배열되어 1개의 대공간을 형성하고, 제1 기판과 제2 기판과의 사이에 삽입되는 미세 구멍 구조층을 구비하며, 액정은, 미세 구멍 구조층에 설치된 미세 구멍에 각각 나뉘어 봉지되는 것이다.
또한, 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 액정표시장치의 제조 방법은, 각각의 소공간인 미세 구멍을 공간적으로 서로 연결하면서 3 차원으로 배열되어 1개의 대공간을 형성하고, 제1 기판과 제2 기판과의 사이에 삽입되는 미세 구멍 구조층의 일측면에 제1 기판을 부착하고, 타측면에 제2 기판을 부착하는 단계와, 제1 기판과 제2 기판과의 사이에 형성된 미세 구멍 구조층에 설치된 미세 구멍 각각에 액정을 봉지하는 단계를 구비하는 것이다.
이와 같이, 본 발명은 미세 구멍이 형성된 구조층을 이용하여 이 구조층의 틈새에 블루상(blue phase) 액정을 충전하여 러빙레스로 고콘트라스트와 제조 비용의 저감을 도모하고, 고속 응답을 가능하게 하는 액정표시장치 및 액정표시장치의 제조 방법을 얻을 수 있다.
도 1은 종래 기술인 러빙 배향에 의한 IPS 모드의 액정표시장치의 설명도이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시 예에 있어서의 액정 표시 장치의 패널 단면을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 예에 있어서의 미세 구명 구조 필름을 나타내는 모식도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 있어서의 액정 표시 장치의 제조 방법 및 성능 검증 실험에 관한 일련 처리를 나타내는 흐름도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 있어서의 액정표시장치의 성능 검증 시험의 결과를 집계한 것이다.
이하, 첨부된 도면 및 실시 예를 통해 본 발명의 실시 예를 구체적으로 살펴보면 다음과 같다.
본 발명은, 러빙 배향에 의한 IPS 모드의 문제를 개선하기 위해서, 미세 구멍이 형성된 필름(미세 구멍 구조 필름)을 이용하여 액정을 좁은 공간으로 나누어 배향시키는 것으로, 러빙 등의 배향 처리를 불필요로하며, 고속 응답이 가능하게 되는 모드를 실현할 수 있는 것을 기술적 특징으로 하고 있다.
실시의 형태 1.
상술한 바와 같이, 특허 문헌 1에서는, 기판면에 대해서 수직 방향으로 관통한 관통구멍을 가지는 다공질 재료를 이용하는 것으로 러빙레스를 실현하고 있었다. 이에 대해서, 본 발명은, 각각의 소공간인 미세 구멍이, 공간적으로 서로 연결되며 공간적으로 연속되면서 3 차원적으로 배열된 미세 구멍 구조 필름을 이용하여 러빙레스에 의해 고콘트라스트와 제조 코스트의 저감을 도모하며, 고속 응답을 가능하게 한다.
도 2는 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 액정표시장치의 패널 단면을 나타내는 도면이다. 이 도 2에 나타내는 본 실시의 형태 1과 관련되는 액정표시장치는, 액정(1), 수평 전극(11), 화소 기판(12), 대향 기판(13), 및 미세 구멍 구조 필름(21)을 구비하도록 구성되어 있다.
일측면에 수평 전극(11)이 설치된 화소 기판(12)과, 수평 전극(11)과 서로 마주 보도록 화소 기판(12)과 대향하는 대향 기판(13)과의 사이에는, 미세 구멍 구조 필름(21; 미세 구멍 구조층에 해당)이 형성된다.
여기서, 미세 구멍 구조 필름(21)으로서는, 예를 들면, 스미토모 3M사 제품인 다공질 필름(Microporous Film) 및 프로포아 패브릭(Propore Fabric) 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다(http://www.mmm.co.jp/pcrp/microp/index.html 참조).
여기서, 다공질 필름(Microporous Film)은 폴리프로필렌과 유기 필러로 구성되며, 액정을 모세관 현상으로 흡수하고 다공질 필름(Microporous Film) 내부의 미세 구멍 내에 봉지한다.
프로포아 패브릭은 다공질 필름(Microporous Film)과 부직포를 라미네이팅함으로써 형성된다.
이 미세 구멍 구조 필름(21)은, 각각의 소공간으로서의 미세 구멍이, 공간적으로 서로 연결되며 공간적으로 연속하면서 3 차원적으로 배열되도록 구성되어 있다. 즉, 각 미세 구멍은, 인접하는 미세 구멍과 공간적으로 연결되고 있는 것과 동시에, 소공간을 형성하기 위한 필름은 서로 연결되어 3 차원적으로 배열되어 결과적으로, 연속한 1개의 대공간이 형성된다.
보다 구체적으로, 일례로서 화소 기판(12)과 대향 기판(13)과의 간격은, 5㎛정도이며, 그 사이에 끼워 동등의 5㎛정도의 두께를 가지는 미세 구멍 구조 필름(21)은, 1㎛이하의 직경을 가지는 대략 구형으로 구성된 미세 구멍이 3 차원적으로 배열되어 연속한 1개의 대공간이 형성된다.
그리고, 미세 구멍 구조 필름(21)에 형성된 1개의 미세 구멍에 액정(1)을 충전함으로써, 1개의 대공간 내에 액정(1)을 주입할 수 있다. 그 결과, 각 미세 구멍에 있어서의 소공간에, 액정(1)이 봉지되게 된다.
도 3은 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 미세 구멍 구조 필름의 구조도이며, 소공간으로 나누어져 있는 모습을 패널 단면도로 모식적으로 나타낸 것이다. 보다 구체적으로는, 그림 3(a)는, 미세 구멍 구조 필름(21)을 이용하지 않고 러빙 처리를 가한 종래 기술을 나타내고 있어 그림 3(b)는, 미세 구멍 구조 필름(21)을 이용하여 러빙이 없는 본원 발명을 나타내고 있다.
도 3(a)에 도시된 종래 기술에서는, 전압을 인가하면, 두 기판 사이의 액정 전체를 움직이기 위해, 그 응답 속도가 느리고, 고속 응답을 실현하는 것이 어려웠다. 이에 대해, 도 3(b)에 도시된 본원 발명에서는, 미세 구멍 구조 필름(21)이 설치된 각각의 미세 공간마다, 액정(1)이 봉지되어 전압 제어함으로써 원하는 화상 표시를 실현하게 된다.
이와 같이, 미세 구멍 구조 필름(21)을 이용하여, 미세 공간에 갇힌 액정은, 광학적으로 등방상(랜덤)이지만, 임의 배향에서 전압을 걸면, 이방성(1축방향)의 방향으로 바뀐다. 그리고, 액정(1)을 미세 공간에서 나누고 있기 때문에, 액정 분자의 상호작용이 적고, 전압의 인가에 의한 움직임이 빨라져, 응답 속도가 개선되게 된다. 이와 같이, 액정을 미세공간으로 나누는 것으로, 두 기판 사이의 액정 전체를 움직이는 종래 방법과 비교하여 응답 속도의 개선을 도모하는 것이 가능해진다.
또, 미세 구멍 구조를 이용하여 장시간 구동시켰을 경우에도, 미세 구멍 구조가 손상될 우려가 없고, 배향이 안정적으로, 높은 콘트라스트를 유지할 수 있는 액정표시장치를 실현할 수 있다.
또한, 화소 기판(12)과 대향 기판(13)과의 사이의 셀 두께도, 미세 구멍 구조 필름(21)의 두께를 관리하여 쉽게 원하는 두께로 할 수 있다. 이 결과, 셀두께를 제어하기 위해서 이용되는 스페이서의 형성이 불필요해져, 패널의 대형화도 가능해진다.
다음에, 본 실시의 형태 1에 있어서의 액정표시장치의 제조 방법, 및 성능 검증 실험에 대해서, 플로차트(flow chart)를 이용해 설명한다. 도 4는 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 액정표시장치의 제조 방법 및 성능 검증 실험에 관한 일련 처리를 나타낸 플로차트(flow chart)이다.
먼저, 단계 S301에서, 수평 전극(11)이 형성된 화소 기판(12)과 대향 기판(13)은 미세 구멍 구조 필름 21을 사이에 두고 합착된다.
다음에, 단계 S302에서, 두 기판의 합착이 완료된 후, 미세 구멍 구조 필름 (21)의 하나의 대 공간 내에 액정(1)을 주입함으로써, 각 미세 구멍 내에 액정(1)이 충전된다. 다음 단계 S303에서는 단계 S301, S302를 거쳐 제조된 패널에 편광판이 부착된다.
그리고, 단계 S304에서, 전압을 인가하기 전 상태(블랙 화상 표시 상태)와 전압을 인가한 후 상태(화이트 화상 표시 상태)에 따라 콘트라스트를 측정한다. 또한, 응답 속도의 검증도 함께 실시한다. 또한, 여기에서 응답 속도는 전압을 인가한 후에 소정 이상의 밝기의 화이트 화상 표시를 얻을 수 있을 때까지 걸리는 시간이다.
도 5는 본 발명의 실시의 형태 1에 있어서의 액정표시장치의 성능 검증 시험의 결과를 집계한 것이다. 또한, 이 데이터를 수집하는 데 있어서, 미세 구멍 각각의 직경이, 0.3㎛, 1㎛, 2㎛의 3종의 미세 구멍 구조 필름 21을 이용하였다. 또, 종래의 고분자 구조를 이용했을 경우와도 비교하였다.
우선, 콘트라스트에 관해서는, 미세 구멍의 직경이 2㎛의 경우에는, 종래의 약 절반의 콘트라스트를 얻지만, 미세 구멍의 직경이 1㎛의 경우에는 종래와 동등한 콘트라스트를 얻을 수 있으며, 미세 구멍의 직경이 0.3㎛의 경우에는 약 2배의 콘트라스트를 얻을 수 있는 것을 알 수 있었다. 이것은, 좁은 공간에 갇힌 액정의 초기 상태가 등방상이기 때문에, 블랙 휘도가 낮아진다.
또한, 응답 속도에 관해서는, 미세 구멍의 직경이 어느 경우에도, 종래보다 적어도 2배 이상 빠른 응답 속도를 얻을 수 있었다. 이것은, 액정이 좁은 공간에서 나뉠 수 있어 액정 분자의 상호작용이 적어지기 때문이다.
또, 도 5에는 도시되어 있지 않지만, 미세 구멍 구조 필름(21) 중 각 미세 구멍으로 형성되는 공간 부분이 차지하는 비율을 미세 구멍 존재 비율로 정의하면, 미세 구멍의 직경이 어느 경우에도, 이 미세 구멍 존재 비율이 95%이상이면, 화이트 휘도로서 양호한 휘도를 얻을 수 있는 것을 입증할 수 있었다.
이와 같이, 실시의 형태 1에 의하면, 미세 구멍 구조층을 적용해 러빙레스함으로써, 고콘트라스트와 제조 코스트의 저감을 도모하며, 고속 응답을 가능하게 하는 액정표시장치 및 액정표시장치의 제조 방법을 실현할 수 있다.
또, 검증 시험에 의해, 콘트라스트 및 응답 속도의 관점에서는, 미세 구멍 구조 필름에 설치되는 미세 구멍은, 그 직경에 관해서는 1㎛이하가 바람직하고, 미세 구멍 존재율에 관해서는 95%이상이 바람직한 것이 입증되었다.
또한, 상술한 본 발명의 액정표시장치는, TN나 VA모드에서도 적용가능하며, 또, 수평 전극으로서 IPS(In Plane Switching) 전극을 이용할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
1 : 액정 11: 수평 전극
12: 화소 기판 13: 대향 기판
21: 미세 구멍 구조 필름(미세 구멍 구조층)

Claims (7)

  1. 서로 대향하는 제1 기판 및 제2 기판과;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판과의 사이에 형성되는 액정과;
    각각의 소 공간인 미세 구멍이 공간적으로 서로 연결하면서 3 차원적으로 배열되어 1개의 대 공간을 형성하고, 상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판과의 사이에 삽입되는 미세 구멍 구조층을 구비하며,
    상기 액정은, 상기 미세 구멍 구조층에 설치된 상기 미세 구멍의 각각에 나뉘어 봉지되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세 구멍 구조층에 설치된 상기 미세 구멍의 각각은, 직경이 1㎛이하로 구성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 미세 구멍 구조층은, 각 미세 구멍으로 형성되는 공간 부분이 상기 미세 구멍 구조층에서 차지하는 비율을 미세 구멍 존재율로 정의했을 때에, 상기 미세 구멍 존재율이 95%이상인 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 기판에는 IPS 전극이 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 미세 구멍 구조층은 다공질 필름(Microporous Film) 및 프로포어 패브릭 중 적어도 어느 하나로 형성되며,
    상기 다공질 필름은 폴리프로필렌과 유기 필러로 구성되며,
    상기 프로포아 패브릭은 다공질 필름(Microporous Film)과 부직포를 라미네이팅함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  6. 각각의 소공간인 미세 구멍이 공간적으로 서로 연결되면서 3 차원적으로 배열되어 1개의 대공간이 형성된 미세 구멍 구조층이 제1 및 제2 기판 사이에 형성되도록 상기 미세 구멍 구조층의 일측면에 상기 제1 기판을 부착하고, 상기 미세 구멍 구조층의 타측면에 상기 제2 기판을 부착하는 단계와;
    상기 제 1 기판과 상기 제 2 기판과의 사이에 형성된 상기 미세 구멍 구조층 내에 설치된 상기 미세 구멍의 각각에 액정을 봉지하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 미세 구멍 구조층은 다공질 필름(Microporous Film) 및 프로포어 패브릭 중 적어도 어느 하나로 형성되며,
    상기 다공질 필름은 폴리프로필렌과 유기 필러로 구성되며,
    상기 프로포아 패브릭은 다공질 필름(Microporous Film)과 부직포를 라미네이팅함으로써 형성되는 것을 특징으로 하는 액정표시장치의 제조 방법.
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