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KR102386996B1 - 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

액정캡슐을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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KR102386996B1
KR102386996B1 KR1020170155010A KR20170155010A KR102386996B1 KR 102386996 B1 KR102386996 B1 KR 102386996B1 KR 1020170155010 A KR1020170155010 A KR 1020170155010A KR 20170155010 A KR20170155010 A KR 20170155010A KR 102386996 B1 KR102386996 B1 KR 102386996B1
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이은우
최민근
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은, 제1 내지 제3부화소를 포함하는 기판과, 상기 기판 상부의 상기 제1 내지 제3부화소 각각에 배치되는 박막트랜지스터와, 상기 기판 상부의 상기 제1 내지 제3부화소 각각에 배치되고, 서로 이격되는 화소전극 및 공통전극과, 상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부의 상기 제1부화소에 배치되고, 제1액정분자를 포함하는 제1액정캡슐, 제1컬러수지, 상기 제1액정캡슐 및 상기 제1컬러수지가 분산되는 제1바인더를 포함하는 제1액정패턴과, 상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부의 상기 제2부화소에 배치되고, 제2액정분자를 포함하는 제2액정캡슐, 제2컬러수지, 상기 제2액정캡슐 및 상기 제2컬러수지가 분산되는 제2바인더를 포함하는 제2액정패턴과, 상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부의 상기 제3부화소에 배치되고, 제3액정분자를 포함하는 제3액정캡슐, 제3컬러수지, 상기 제3액정캡슐 및 상기 제3컬러수지가 분산되는 제3바인더를 포함하는 제3액정패턴을 포함하고, 상기 제1 내지 제3액정분자는 서로 상이한 굴절률 이방성을 갖는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.

Description

액정캡슐을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법 {Liquid Crystal Display Device Including Liquid Crystal Capsule And Method Of Fabricating The Same}
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 부화소 별로 상이한 굴절률 이방성을 갖는 액정분자를 갖는 액정캡슐로 액정층을 형성함으로써, 컬러 별 투과효율이 개선되고 파장 분산성이 개선되는 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급진전함에 따라, 대량의 정보를 처리하고 이를 표시하는 디스플레이(display)분야가 발전하고 있는데, 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 시대상에 부응하기 위해 평판 표시 장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었다.
이에 따라 색 재현성이 우수하고 박형인 박막트랜지스터 액정표시장치(Thin Film Transistor Liquid Crystal Display: TFT-LCD)가 개발되었는데, 액정표시장치는 액정분자의 광학적 이방성과 분극성질을 이용하여 영상을 표시한다.
이러한 액정표시장치는 서로 마주보며 이격되는 제1 및 제2기판과, 제1 및 제2기판 사이에 형성되는 액정층을 포함하는데, 2개의 유리기판을 사용하므로 무게 및 두께가 증가하고 플렉시블 표시장치에 적용하기 용이하지 않은 단점이 있다.
이를 개선하기 위하여, 기판 상부에 다수의 액정캡슐을 포함하는 액정층을 코팅방식으로 형성하는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치가 제안되었다.
액정캡슐을 포함하는 액정표시장치는 전기장에 따라 유효 굴절률 이방성(또는 평균 굴절률 이방성)을 변화시켜 계조를 표시한다.
이러한 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 제조방법을 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표지장치의 제조방법을 도시한 단면도이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 기판(20)은 적, 녹, 청 부화소(SPr. SPg, SPb)를 포함하고, 기판(20) 상부의 적, 녹, 청 부화소(SPr. SPg, SPb)에 각각 박막트랜지스터(T), 화소전극(38), 공통전극(40)을 형성한다.
구체적으로, 기판(20) 상부의 적, 녹, 청 부화소(SPr. SPg, SPb) 각각에 게이트전극(22)을 형성하고, 게이트전극(22) 상부의 기판(20) 전면에 게이트절연층(24)을 형성한다.
게이트전극(22)에 대응되는 게이트절연층(24) 상부에 반도체층(26)을 형성하고, 반도체층(26) 양단 상부에 각각 소스전극(28) 및 드레인전극(30)을 형성한다.
게이트전극(22), 반도체층(26), 소스전극(28), 드레인전극(30)은 박막트랜지스터(T)를 구성한다.
박막트랜지스터(T) 상부의 기판(20) 전면에 보호층(32)을 형성하고, 보호층(32) 상부의 적, 녹, 청 부화소(SPr. SPg, SPb) 경계에 블랙매트릭스(34)를 형성한다.
블랙매트릭스(34) 상부의 적, 녹, 청 부화소(SPr. SPg, SPb)에 각각 적, 녹, 청 컬러필터(36r, 36g, 36b)를 형성하는데, 적, 녹, 청 컬러필터(36r, 36g, 36b)는 컬러필터층을 구성한다.
컬러필터층 상부의 적, 녹, 청 부화소(SPr. SPg, SPb)에 각각 화소전극(38) 및 공통전극(40)을 형성하는데, 화소전극(38)은 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(30)에 연결되고 공통전극(40)은 화소전극(38)으로부터 이격된다.
그리고, 박막트랜지스터(T), 화소전극(38), 공통전극(40)이 형성된 기판(20) 상부에, 노즐(70)을 통하여 액정캡슐(52) 및 바인더(54)를 포함하는 용액을 도포하여 액정캡슐 물질층(72)를 형성한 후, 액정캡슐 물질층(72)을 건조 또는 경화하여 기판(20) 상부에 액정캡슐(52)을 포함하는 액정층(50)을 형성함으로써, 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치를 완성한다.
이러한 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치는 인플레인 스위칭(in-plane switching: IPS) 방식 액정표시장치에 비하여 상대적으로 낮은 굴절률이 유도되므로, 이를 보상하기 위하여 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 액정분자의 굴절률 이방성(refractive index anisotropy, Δn)을 TN 액정표시장치의 액정분자의 굴절률 이방성보다 크게 형성한다.
그러나, 액정분자의 굴절률 이방성이 증가하면 액정분자의 파장 분산성도 함께 증가하는 문제가 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 종래의 IPS 방식 액정표시장치와 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 파장 분산성을 나타내는 그래프이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 약 0.1의 굴절률 이방성(Δn)을 갖는 종래의 TN 액정표시장치의 파장 분산성을 나타내는 제1곡선(C1)은, 녹색에 대응되는 파장(약 550nm)에서 약 0.95의 최고 투과율을 갖고, 청색에 대응되는 파장(약 450nm)에서 약 0.80의 투과율을 갖고, 적색에 대응되는 파장(약 650nm)에서 약 0.85의 투과율을 갖는다.
즉, 종래의 IPS 방식 액정표시장치는, 녹색의 투과율이 청색 및 적색의 투과율과 약 0.15 및 약 0.10의 차이(최대 투과율 차이 약 0.15)를 갖는다.
반면에, 약 0.25의 굴절률 이방성(Δn)을 갖고 약 25V의 전압으로 구동되는 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 파장 분산성을 나타내는 제2곡선(C2)은, 청색 및 녹색 사이의 컬러에 대응되는 파장(약 470nm)에서 약 0.95의 최고 투과율을 갖고, 청색에 대응되는 파장(약 450nm)에서 약 0.90의 투과율을 갖고, 녹색에 대응되는 파장(약 550nm)에서 약 0.80의 투과율을 갖고, 적색에 대응되는 파장(약 650nm)에서 약 0.55의 투과율을 갖는다.
즉, 약 25V의 전압으로 구동되는 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치는, 청색 및 녹색 사이의 컬러의 투과율이 청색, 녹색 및 적색의 투과율과 약 0.05, 약 0.15 및 약 0.40의 차이(최대 투과율 차이 약 0.40)를 갖는다.
그리고, 약 0.25의 굴절률 이방성(Δn)을 갖고 약 50V의 전압으로 구동되는 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 파장 분산성을 나타내는 제3곡선(C3)은, 녹색에 대응되는 파장(약 550nm)에서 약 0.95의 최고 투과율을 갖고, 청색에 대응되는 파장(약 450nm)에서 약 0.60의 투과율을 갖고, 적색에 대응되는 파장(약 650nm)에서 약 0.70의 투과율을 갖는다.
즉, 약 50V의 전압으로 구동되는 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치는, 녹색의 투과율이 청색 및 적색의 투과율과 약 0.35 및 약 0.25의 차이(최대 투과율 차이 약 0.35)를 갖는다.
이와 같이, 액정분자의 굴절률 이방성(Δn)이 약 0.1에서 약 0.25로 증가하면 액정분자의 파장 분산성이 증가하여 적색, 녹색, 청색의 투과율 차이가 증가한다.
이에 따라, 액정표시장치의 화이트 밸런스가 무너지는데, 예를 들어 녹색의 투과율이 최대일 때에는 청색 및 적색의 투과율이 감소되어, 액정표시장치의 화이트 색좌표가 변동되어 액정표시장치가 표시하는 영상의 품질이 저하되는 문제가 있다.
이러한 화이트 밸런스를 보상하기 위하여, 적색, 녹색, 청색 부화소의 백라이트 유닛, 컬러필터, 데이터전압을 독립적으로 구동하는 독립구동방식이 제안되었다.
그러나, 독립구동방식은 백라이트 유닛의 구동전압이나 데이터전압을 부화소 별로 공급하기 위한 추가적이 회로설계가 필요하거나, 적색, 녹색, 적색 컬러필터의 투과율 특성을 조절하기 위한 추가 공정이 필요하므로, 제조비용이 증가하는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로, 상이한 컬러를 표시하는 제1 내지 제3부화소 별로 상이한 굴절률 이방성의 액정분자를 포함하는 액정캡슐을 배치함으로써, 컬러 별 정규화된 투과율(normalized transmittance)이 균일해지고 파장 분산성이 감소되고 화이트 색좌표가 보상되어 영상의 표시품질이 개선되는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 액상 광경화 조형방식을 이용하여 상이한 컬러를 표시하는 제1 내지 제3부화소에 각각 상이한 굴절률 이방성의 액정분자를 포함하는 액정캡슐을 형성함으로써, 제조공정이 단순화 되고 제조비용이 절감되는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 제1 내지 제3부화소를 포함하는 기판과, 상기 기판 상부의 상기 제1 내지 제3부화소 각각에 배치되는 박막트랜지스터와, 상기 기판 상부의 상기 제1 내지 제3부화소 각각에 배치되고, 서로 이격되는 화소전극 및 공통전극과, 상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부의 상기 제1부화소에 배치되고, 제1액정분자를 포함하는 제1액정캡슐, 제1컬러수지, 상기 제1액정캡슐 및 상기 제1컬러수지가 분산되는 제1바인더를 포함하는 제1액정패턴과, 상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부의 상기 제2부화소에 배치되고, 제2액정분자를 포함하는 제2액정캡슐, 제2컬러수지, 상기 제2액정캡슐 및 상기 제2컬러수지가 분산되는 제2바인더를 포함하는 제2액정패턴과, 상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부의 상기 제3부화소에 배치되고, 제3액정분자를 포함하는 제3액정캡슐, 제3컬러수지, 상기 제3액정캡슐 및 상기 제3컬러수지가 분산되는 제3바인더를 포함하는 제3액정패턴을 포함하고, 상기 제1 내지 제3액정분자는 서로 상이한 굴절률 이방성을 갖는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
그리고, 상기 제1 내지 제3액정분자의 굴절률 이방성은 상기 제1 내지 제3부화소에 대응되는 컬러의 파장에 비례할 수 있다.
또한, 상기 제1 내지 제3부화소는 각각 녹색, 적색, 청색에 대응되고, 상기 제2액정분자의 굴절률 이방성은, 상기 제1액정분자의 굴절률 이방성보다 작고, 상기 제3액정분자의 굴절률 이방성보다 큰 값일 수 있다.
그리고, 상기 제1 내지 제3액정캡슐 각각의 외각에는 상기 제1 내지 제3액정캡슐과 상기 제1 내지 제3컬러수지의 중합을 위한 캡슐반응기가 결합되고, 상기 기판의 표면에는 중합된 상기 제1 내지 제3액정캡슐과 상기 제1 내지 제3컬러수지의 흡착을 위한 기판반응기가 결합될 수 있다.
또한, 상기 캡슐반응기는 NH, OH 중 하나이고, 상기 기판반응기는 CH2=CH2, OH, -NH2 중 하나일 수 있다.
한편, 본 발명은, 기판 상부의 제1 내지 제3부화소 각각에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와, 상기 기판 상부의 상기 제1 내지 제3부화소 각각에 서로 이격되는 화소전극 및 공통전극을 형성하는 단계와, 상기 기판을 제1액정캡슐, 제1컬러수지, 제1바인더, 광개시제를 포함하는 제1액정캡슐용액에 침지한 상태에서, 상기 제1부화소의 상기 제1액정캡슐용액에 선택적으로 자외선을 조사하여 상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부의 상기 제1부화소에 제1액정패턴을 형성하는 단계와, 상기 기판을 제2액정캡슐, 제2컬러수지, 제2바인더, 광개시제를 포함하는 제2액정캡슐용액에 침지한 상태에서, 상기 제2부화소의 상기 제2액정캡슐용액에 선택적으로 자외선을 조사하여 상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부의 상기 제2부화소에 제2액정패턴을 형성하는 단계와, 상기 기판을 제3액정캡슐, 제3컬러수지, 제3바인더, 광개시제를 포함하는 제3액정캡슐용액에 침지한 상태에서, 상기 제3부화소의 상기 제3액정캡슐용액에 선택적으로 자외선을 조사하여 상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부의 상기 제3부화소에 제3액정패턴을 형성하는 단계를 포함하는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 제조방법을 제공한다.
그리고, 상기 제1 내지 제3액정캡슐은 각각 제1 내지 제3액정분자를 포함하고, 상기 제1 내지 제3액정분자는 서로 상이한 굴절률 이방성을 가질 수 있다.
또한, 상기 제1액정패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 자외선의 조사에 의하여 상기 제1액정캡슐과 상기 제1컬러수지 사이에 경화반응이 발생하고, 상기 제2액정패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 자외선의 조사에 의하여 상기 제2액정캡슐과 상기 제2컬러수지 사이에 경화반응이 발생하고, 상기 제3액정패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 자외선의 조사에 의하여 상기 제3액정캡슐과 상기 제3컬러수지 사이에 경화반응이 발생할 수 있다.
그리고, 상기 제1 내지 제3액정캡슐 각각의 외각에는 상기 제1 내지 제3액정캡슐과 상기 제1 내지 제3컬러수지의 중합을 위한 캡슐반응기가 결합되고, 상기 기판의 표면에는 중합된 상기 제1 내지 제3액정캡슐과 상기 제1 내지 제3컬러수지의 흡착을 위한 기판반응기가 결합될 수 있다.
또한, 상기 캡슐반응기는 NH, OH 중 하나이고, 상기 기판반응기는 CH2=CH2, OH, -NH2 중 하나일 수 있다.
본 발명은, 상이한 컬러를 표시하는 제1 내지 제3부화소 별로 상이한 굴절률 이방성의 액정분자를 포함하는 액정캡슐을 배치함으로써, 컬러 별 정규화된 투과율(normalized transmittance)이 균일해지고 파장 분산성이 감소되고 화이트 색좌표가 보상되어 영상의 표시품질이 개선되는 효과를 갖는다.
그리고, 본 발명은, 액상 광경화 조형방식을 이용하여 상이한 컬러를 표시하는 제1 내지 제3부화소에 각각 상이한 굴절률 이방성의 액정분자를 포함하는 액정캡슐을 형성함으로써, 제조공정이 단순화 되고 제조비용이 절감되는 효과를 갖는다.
도 1은 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표지장치의 제조방법을 도시한 단면도.
도 2는 종래의 IPS 방식 액정표시장치와 종래의 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 파장 분산성을 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치를 도시한 단면도.
도 4a 내지 도 4i는 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐용액을 광경화하는 방법을 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐용액을 기판에 흡착시키는 방법을 설명하기 위한 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치를 설명한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치를 도시한 단면도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치(110)는, 제1 내지 제3부화소(SPr, SPg, SPb)를 포함하는 기판(120)과, 기판(120) 상부에 배치되는 액정층(150)을 포함한다.
구체적으로, 기판(120)은 제1 내지 제3부화소(SPr, SPg, SPb)를 포함하는데, 제1 내지 제3부화소(SPr, SPg, SPb)는 각각 적색, 녹색, 청색 또는 시안(cyan), 마젠타(magenta), 옐로우(yellow)에 대응될 수 있다.
기판(120) 상부의 제1 내지 제3부화소(SPr. SPg, SPb) 각각에는 게이트전극(122)이 형성되고, 게이트전극(122) 상부의 기판(120) 전면에는 게이트절연층(124)이 형성된다.
게이트전극(122)에 대응되는 게이트절연층(124) 상부에는 반도체층(126)이 형성되고, 반도체층(126) 양단 상부에는 각각 소스전극(128) 및 드레인전극(130)이 형성된다.
여기서, 게이트전극(122), 반도체층(126), 소스전극(128), 드레인전극(130)은 박막트랜지스터(T)를 구성한다.
도시하지는 않았지만, 기판(120) 상부에는 서로 교차하여 제1 내지 제3부화소(SPr. SPg, SPb)를 정의하는 게이트배선 및 데이터배선이 형성되는데, 박막트랜지스터(T)의 게이트전극(122)은 게이트배선에 연결되고, 박막트랜지스터(T)의 소스전극(128)은 데이터배선에 연결될 수 있다.
박막트랜지스터(T) 상부의 기판(120) 전면에는 보호층(132)이 형성되고, 보호층(132) 상부의 제1 내지 제3부화소(SPr. SPg, SPb) 경계에는 블랙매트릭스(134)가 형성된다.
블랙매트릭스(134) 상부의 기판(120) 전면에는 평탄화층(136)이 형성되고, 평탄화층(136) 상부의 제1 내지 제3부화소(SPr. SPg, SPb)에는 각각 화소전극(138) 및 공통전극(140)이 형성되는데, 화소전극(138)은 평탄화층(136) 및 보호층(132)의 드레인콘택홀을 통하여 박막트랜지스터(T)의 드레인전극(130)에 연결되고, 공통전극(140)은 화소전극(138)으로부터 이격된다.
도시하지는 않았지만, 화소전극(138) 및 공통전극(140)은 각각 바(bar) 형상을 갖고 제1 내지 제3부화소(SPr. SPg, SPb) 각각에서 서로 평행하게 이격되는 다수개로 형성될 수 있다.
화소전극(138) 및 공통전극(140) 상부의 제1 내지 제3부화소(SPr. SPg, SPb)에는 각각 제1 내지 제3액정패턴(150r, 150g, 150b)이 형성되는데, 제1 내지 제3액정패턴(150r, 150g, 150b)은 액정층(150)을 구성하며, 예를 들어, 액정층(150)의 두께는 약 1μm 내지 약 4μm의 범위일 수 있다.
제1부화소(SPr)의 제1액정패턴(150r)은, 다수의 제1액정캡슐(152r)과, 다수의 제1컬러수지(154r)와, 다수의 제1액정캡슐(152r) 및 다수의 제1컬러수지(154r)가 분산되는 제1바인더(156r)를 포함하고, 다수의 제1액정캡슐(152r)은 각각 다수의 제1액정분자(158r)를 포함한다.
제2부화소(SPg)의 제2액정패턴(150g)은, 다수의 제2액정캡슐(152g)과, 다수의 제2컬러수지(154g)와, 다수의 제2액정캡슐(152g) 및 다수의 제2컬러수지(154g)가 분산되는 제2바인더(156g)를 포함하고, 다수의 제2액정캡슐(152g)은 각각 다수의 제2액정분자(158g)를 포함한다.
제3부화소(SPb)의 제3액정패턴(150b)은, 다수의 제3액정캡슐(152b)과, 다수의 제3컬러수지(154b)와, 다수의 제3액정캡슐(152b) 및 다수의 제3컬러수지(154b)가 분산되는 제3바인더(154b)를 포함하고, 다수의 제3액정캡슐(152b)은 각각 다수의 제3액정분자(156b)를 포함한다.
다수의 제1액정캡슐(152r), 다수의 제2액정캡슐(152g), 다수의 제3액정캡슐(152b)은, 각각 수 내지 수백 나노미터(nanometer)의 직경을 갖는 고분자 캡슐로서, 폴리비닐알콜(poly vinyl alcohol: PVA)과 같은 수용성 재료 또는 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate: PMMA)과 같은 지용성 재료로 이루어질 수 있으며, 예를 들어 약 1nm 내지 약 320nm의 범위의 직경을 가질 수 있다.
예를 들어, 다수의 제1액정캡슐(152r), 다수의 제2액정캡슐(152g), 다수의 제3액정캡슐(152b)은, 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
다수의 제1컬러수지(154r), 다수의 제2컬러수지(154g), 다수의 제3컬러수지(154b)는, 각각 광경화 특성을 갖고, 선택된 파장의 빛만 투과시키는 역할을 한다.
예를 들어, 다수의 제1컬러수지(154r), 다수의 제2컬러수지(154g), 다수의 제3컬러수지(154b)는, 각각 적색, 녹색, 청색의 빛을 선택적으로 투과시킬 수 있다.
제1 내지 제3바인더(156r, 156g, 156b)는 투명 또는 반투명일 수 있고, 수용성, 지용성 또는 수용성 및 지용성의 혼합성질을 가질 수 있다.
예를 들어, 제1 내지 제3바인더(156r, 156g, 156b)는 동일한 물질로 이루어질 수 있다.
다수의 제1액정분자(158r), 다수의 제2액정분자(158g), 다수의 제3액정분자(156b)는 네마틱 액정(nematic liquid crystal), 강유전성 액정(ferroelectric liquid crystal) 또는 플렉소 액정(flexo electric liquid crystal) 일 수 있다.
여기서, 제1 내지 제3액정분자(158r, 158g, 158b)는 서로 상이한 굴절률 이방성(Δn)을 갖는데, 제1 내지 제3액정분자(158r, 158g, 158b)의 굴절률 이방성(Δn)은 제1 내지 제3부화소(SPr, SPg, SPb)에 대응되는 컬러의 파장에 비례할 수 있다.
구체적으로, 녹색에 대응되는 제2액정분자(158g)의 제2굴절률 이방성(Δn2)은 적색에 대응되는 제1액정분자(158r)의 제1굴절률 이방성(Δn1)보다 작고 청색에 대응되는 제3액정분자(158b)의 제3굴절률 이방성(Δn3)보다 큰 값일 수 있다. (Δn1 > Δn2 > Δn3)
예를 들어, 적색에 대응되는 제1굴절률 이방성(Δn1)은 0.25보다 크고(Δn1 > 0.25), 녹색에 대응되는 제2굴절률 이방성(Δn2)은 0.25이고(Δn2 = 0.25), 청색에 대응되는 제3굴절률 이방성(Δn3)은 0.25보다 작을 수 있다(Δn3 < 0.25).
다수의 제1액정캡슐(152r), 다수의 제1컬러수지(154r), 제1바인더(156r)를 포함하는 제1액정패턴(150r)과, 다수의 제2액정캡슐(152g), 다수의 제2컬러수지(154g), 제2바인더(156g)를 포함하는 제2액정패턴(150g)과, 다수의 제3액정캡슐(152b), 다수의 제3컬러수지(154b), 제3바인더(154b)를 포함하는 제3액정패턴(150b)은, 각각 별도의 배향막 없이 형성할 수 있으며, 그 결과 제1 내지 제3액정패턴(150r, 150g, 150b)은 화소전극(138) 및 공통전극(140)에 직접 접촉할 수 있다.
이러한 제1 내지 제3액정패턴(150r, 150g, 150b)을 포함하는 액정층(150)은, 제1 내지 제3액정캡슐용액에 대한 액상 광경화 조형방식을 통하여 형성할 수 있는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
도 4a 내지 도 4i는 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐용액을 광경화하는 방법을 설명하기 위한 도면이고, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐용액을 기판에 흡착시키는 방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 3을 함께 참조하여 설명한다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 박막트랜지스터(T), 화소전극(128), 공통전극(130)이 형성된 기판(120)을 스테이지(170)에 부착하고, 스테이지(170) 하부에는 제1액정캡슐용액(174r)이 담긴 수조(172)를 배치하고, 수조(172) 하부에는 광원(176)을 배치한다.
여기서, 도 5에 도시한 바와 같이, 원료물질을 고분자화(polymerization) 하여 제1 내지 제3액정캡슐(152r, 152g, 152b) 형성할 때, 친수성 모노머 또는 반응성 계면활성제와 같이 쉘(shell) 형성에 직접적으로 참여하는 물질을 이용하는 미니에멀젼(miniemulsion) 방식을 통하여 제1 내지 제3액정캡슐(152r, 152g, 152b) 각각의 외각(outer shell)에 캡슐반응기(Rc)를 도입함으로써, 제1 내지 제3액정캡슐(152r, 152g, 152b)과 제1 내지 제3컬러수지(154r, 154g, 154b)의 중합을 더 원활하게 할 수 있다.
예를 들어, 캡슐반응기(Rc)는 NH, OH 중 하나일 수 있다.
도 4b에 도시한 바와 같이, 스테이지(170)를 하강시켜 기판(120)을 수조(172)의 제1액정캡슐용액(174r)에 침지한 상태에서, 광원(176)으로부터 기판(120)의 제1부화소(SPr)의 제1액정캡슐용액(174r)에 자외선(UV)을 선택적으로 조사한다.
도 6에 도시한 바와 같이, 제1액정캡슐용액(174r)은 제1액정캡슐(152r), 제1컬러수지(154r), 제1바인더(156r), 광개시제(PI)를 포함하고, 제2액정캡슐용액(174g)은 제2액정캡슐(152g), 제2컬러수지(154g), 제2바인더(156g), 광개시제(PI)를 포함하고, 제3액정캡슐용액(174b)은 제3액정캡슐(152b), 제3컬러수지(154b), 제3바인더(156b), 광개시제(PI)를 포함하는데, 제1 내지 제3액정캡슐용액(174r, 174g, 174b)에 자외선이 조사되면 제1 내지 제3액정캡슐(152r, 152g, 152b)과 제1 내지 제3컬러수지(154r, 154g, 154b) 사이에 경화반응이 발생하여 고분자화 된다.
제1액정캡슐용액(174r)에 자외선(UV)이 조사되면, 광개시제(PI)와 제1컬러수지(154r) 사이에 가교(cross-link)반응이 발생하고, 이에 따라 제1액정캡슐(152r)과 제1컬러수지(154r) 사이에 경화반응이 발생하여, 제1액정캡슐(152r) 및 제1컬러수지(154r)가 고분자화 되어 기판(170)에 흡착된다.
도 4c에 도시한 바와 같이, 스테이지(170)를 상승시켜 기판(120)을 수조(172)의 제1액정캡슐용액(174r)으로부터 인출하는데, 기판(120)의 제1부화소(SPr)에는 제1액정캡슐(152r), 제1컬러수지(154r), 제1바인더(156r)를 포함하는 제1액정패턴(150r)이 선택적으로 형성된다.
도 7에 도시한 바와 같이, 자외선에 의하여 고분자화 된 제1 내지 제3액정캡슐(152r, 152g, 152b)과 제1 내지 제3컬러수지(154r, 154g, 154b)가 기판(120)에 원활하게 흡착되도록, 기판(120)의 표면은 기판반응기(Rs)로 개질 된다.
예를 들어, 기판반응기(Rs)는 CH2=CH2, OH, -NH2 중 하나일 수 있다.
도 4d에 도시한 바와 같이, 제1액정패턴(150r)이 형성된 기판(120)을 스테이지(170)에 부착하고, 스테이지(170) 하부에는 제2액정캡슐용액(174g)이 담긴 수조(172)를 배치하고, 수조(172) 하부에는 광원(176)을 배치한다.
도 4e에 도시한 바와 같이, 스테이지(170)를 하강시켜 기판(120)을 수조(172)의 제2액정캡슐용액(174g)에 침지한 상태에서, 광원(176)으로부터 기판(120)의 제2부화소(SPg)의 제2액정캡슐용액(174g)에 자외선(UV)을 선택적으로 조사한다.
제2액정캡슐용액(174g)에 자외선(UV)이 조사되면, 광개시제(PI)와 제2컬러수지(154g) 사이에 가교(cross-link)반응이 발생하고, 이에 따라 제2액정캡슐(152g)과 제2컬러수지(154g) 사이에 경화반응이 발생하여, 제2액정캡슐(152g) 및 제2컬러수지(154g)가 고분자화 되어 기판(170)에 흡착된다.
도 4f에 도시한 바와 같이, 스테이지(170)를 상승시켜 기판(120)을 수조(172)의 제2액정캡슐용액(174g)으로부터 인출하는데, 기판(120)의 제2부화소(SPg)에는 제2액정캡슐(152g), 제2컬러수지(154g), 제2바인더(156g)를 포함하는 제2액정패턴(150g)이 선택적으로 형성된다.
도 4g에 도시한 바와 같이, 제1 및 제2액정패턴(150r, 150g)이 형성된 기판(120)을 스테이지(170)에 부착하고, 스테이지(170) 하부에는 제3액정캡슐용액(174b)이 담긴 수조(172)를 배치하고, 수조(172) 하부에는 광원(176)을 배치한다.
도 4h에 도시한 바와 같이, 스테이지(170)를 하강시켜 기판(120)을 수조(172)의 제3액정캡슐용액(174b)에 침지한 상태에서, 광원(176)으로부터 기판(120)의 제3부화소(SPb)의 제3액정캡슐용액(174b)에 자외선(UV)을 선택적으로 조사한다.
제3액정캡슐용액(174b)에 자외선(UV)이 조사되면, 광개시제(PI)와 제3컬러수지(154b) 사이에 가교(cross-link)반응이 발생하고, 이에 따라 제3액정캡슐(152b)과 제3컬러수지(154b) 사이에 경화반응이 발생하여, 제3액정캡슐(152b) 및 제3컬러수지(154b)가 고분자화 되어 기판(170)에 흡착된다.
도 4i에 도시한 바와 같이, 스테이지(170)를 상승시켜 기판(120)을 수조(172)의 제3액정캡슐용액(174b)으로부터 인출하는데, 기판(120)의 제3부화소(SPb)에는 제3액정캡슐(152b), 제3컬러수지(154b), 제3바인더(156b)를 포함하는 제3액정패턴(150b)이 선택적으로 형성된다.
이상과 같은 공정을 통하여 제1 내지 제3액정패턴(150r, 150g, 150b)을 포함하는 액정층(150)을 형성함으로써, 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치(110)를 완성한다.
본 발명의 실시예에 따른 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치(110)에서는, 상이한 컬러를 표시하는 제1 내지 제3부화소(SPr, SPg, SPb)에 각각 상이한 굴절률 이방성을 갖는 제1 내지 제3액정분자(158r, 158g, 158b)를 포함하는 제1 내지 제3액정캡슐(152r, 152g, 152b)로 액정층(150)을 형성함으로써, 컬러 별 정규화된 투과율(normalized transmittance)이 균일해지고 파장 분산성이 감소되어 화이트 색좌표가 보상되고 영상의 표시품질이 개선된다.
그리고, 액상 광경화 조형방식을 통하여 되는 상이한 굴절률 이방성을 갖는 제1 내지 제3액정분자(158r, 158g, 158b)를 포함하는 제1 내지 제3액정캡슐(152r, 152g, 152b)로 액정층(150)을 형성함으로써, 제조공정이 단순해 지고 제조비용이 절감된다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 액정표시장치 120: 기판
T: 박막트랜지스터 128: 화소전극
130: 공통전극 150: 액정층
150r, 150g, 150b: 제1 내지 제3액정패턴
152r, 152g, 152b: 제1 내지 제3액정캡슐
154r, 154g, 154b: 제1 내지 제3컬러수지
156r, 156g, 156b: 제1 내지 제3바인더
158r, 158g, 158b: 제1 내지 제3액정분자

Claims (11)

  1. 제1 내지 제3부화소를 포함하는 기판과;
    상기 기판 상부의 상기 제1 내지 제3부화소 각각에 배치되는 박막트랜지스터와;
    상기 기판 상부의 상기 제1 내지 제3부화소 각각에 배치되고, 서로 이격되는 화소전극 및 공통전극과;
    상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부의 상기 제1부화소에 배치되고, 제1액정분자를 포함하는 제1액정캡슐, 제1컬러수지, 상기 제1액정캡슐 및 상기 제1컬러수지가 분산되는 제1바인더를 포함하는 제1액정패턴과;
    상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부의 상기 제2부화소에 배치되고, 제2액정분자를 포함하는 제2액정캡슐, 제2컬러수지, 상기 제2액정캡슐 및 상기 제2컬러수지가 분산되는 제2바인더를 포함하는 제2액정패턴과;
    상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부의 상기 제3부화소에 배치되고, 제3액정분자를 포함하는 제3액정캡슐, 제3컬러수지, 상기 제3액정캡슐 및 상기 제3컬러수지가 분산되는 제3바인더를 포함하는 제3액정패턴
    을 포함하고,
    상기 제1 내지 제3액정분자는 서로 상이한 굴절률 이방성을 갖고,
    상기 제1 내지 제3액정캡슐 각각의 외각에는 상기 제1 내지 제3액정캡슐과 상기 제1 내지 제3컬러수지의 중합을 위한 캡슐반응기가 결합되는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3액정분자의 굴절률 이방성은 상기 제1 내지 제3부화소에 대응되는 컬러의 파장에 비례하는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3부화소는 각각 적색, 녹색, 청색에 대응되고,
    상기 제2액정분자의 굴절률 이방성은, 상기 제1액정분자의 굴절률 이방성보다 작고, 상기 제3액정분자의 굴절률 이방성보다 큰 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 표면에는 중합된 상기 제1 내지 제3액정캡슐과 상기 제1 내지 제3컬러수지의 흡착을 위한 기판반응기가 결합되는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 캡슐반응기는 NH, OH 중 하나이고,
    상기 기판반응기는 CH2=CH2, OH, -NH2 중 하나인 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치.
  6. 기판 상부의 제1 내지 제3부화소 각각에 박막트랜지스터를 형성하는 단계와;
    상기 기판 상부의 상기 제1 내지 제3부화소 각각에 서로 이격되는 화소전극 및 공통전극을 형성하는 단계와;
    상기 기판을 제1액정캡슐, 제1컬러수지, 제1바인더, 광개시제를 포함하는 제1액정캡슐용액에 침지한 상태에서, 상기 제1부화소의 상기 제1액정캡슐용액에 선택적으로 자외선을 조사하여 상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부의 상기 제1부화소에 제1액정패턴을 형성하는 단계와;
    상기 기판을 제2액정캡슐, 제2컬러수지, 제2바인더, 광개시제를 포함하는 제2액정캡슐용액에 침지한 상태에서, 상기 제2부화소의 상기 제2액정캡슐용액에 선택적으로 자외선을 조사하여 상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부의 상기 제2부화소에 제2액정패턴을 형성하는 단계와;
    상기 기판을 제3액정캡슐, 제3컬러수지, 제3바인더, 광개시제를 포함하는 제3액정캡슐용액에 침지한 상태에서, 상기 제3부화소의 상기 제3액정캡슐용액에 선택적으로 자외선을 조사하여 상기 화소전극 및 상기 공통전극 상부의 상기 제3부화소에 제3액정패턴을 형성하는 단계
    를 포함하는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3액정캡슐은 각각 제1 내지 제3액정분자를 포함하고,
    상기 제1 내지 제3액정분자는 서로 상이한 굴절률 이방성을 갖는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1액정패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 자외선의 조사에 의하여 상기 제1액정캡슐과 상기 제1컬러수지 사이에 경화반응이 발생하고,
    상기 제2액정패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 자외선의 조사에 의하여 상기 제2액정캡슐과 상기 제2컬러수지 사이에 경화반응이 발생하고,
    상기 제3액정패턴을 형성하는 단계에서는, 상기 자외선의 조사에 의하여 상기 제3액정캡슐과 상기 제3컬러수지 사이에 경화반응이 발생하는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 제1 내지 제3액정캡슐 각각의 외각에는 상기 제1 내지 제3액정캡슐과 상기 제1 내지 제3컬러수지의 중합을 위한 캡슐반응기가 결합되고,
    상기 기판의 표면에는 중합된 상기 제1 내지 제3액정캡슐과 상기 제1 내지 제3컬러수지의 흡착을 위한 기판반응기가 결합되는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 캡슐반응기는 NH, OH 중 하나이고,
    상기 기판반응기는 CH2=CH2, OH, -NH2 중 하나인 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치의 제조방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1컬러수지는 상기 제1액정캡슐 외부의 상기 제1바인더에 분산되고,
    상기 제2컬러수지는 상기 제2액정캡슐 외부의 상기 제2바인더에 분산되고,
    상기 제3컬러수지는 상기 제3액정캡슐 외부의 상기 제3바인더에 분산되는 액정캡슐을 포함하는 액정표시장치.
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