광배향 방법을 이용한 다중 도메인의 비틀린 수직 배향 액정 모드 개발

Abstract

액정 디스플레이 (liquid crystal display, LCD)는 여러 가지 평판 디스플레이 (flat panel display, FPD) 중 우수한 디스플레이 표시 성능과 대량 생산 능력 때문에 가장 널리 사용되고 있다. 지금까지 twisted nematic(TN) 모드, patterned vertical alignment(PVA) 모드, in-plane switching(IPS) 모드, fringe filed switching(FFS) 모드 등 많은 액정 모드들이 개발되어 왔으며, 이 중에서도 높은 투과율, 빠른 응답속도, 그리고 낮은 공정 비용의 장점을 가진 TN 모드가 널리 사용되었다. 하지만 TN 모드는 명암 대비비(contrast ratio)가 좋지 않다는 단점 또한 가지고 있는데, 이는 표면 근처의 액정 분자들이 표면 고정에너지에 의해 강하게 고정되어있어 전압을 인가했을 때 전계 방향과 평행하게 배열하지 못해 블랙 구현이 좋지 않기 때문이다. 그에 비해 vertical alignment(VA) 모드의 경우, 초기 액정들이 수직 배향되어있기 때문에 명암 대비비 특성이 매우 뛰어나다. 따라서 TN 모드의 단점을 보완하기 위해 초기에는 액정들이 수직 배향되어있어 블랙 구현이 뛰어나고, 전압을 인가했을 때에는 카이럴 도펀트(chiral dopant)에 의해 비틀린 구조를 가지는 inverse TN(ITN) 모드가 제안되었다. 하지만 TN 모드나 ITN 모드 모두 단일 도메인 구조로 인하여 비대칭적 시야각을 가지는 단점이 있다. 따라서 이를 보완하기 위해 IPS 모드나 FFS 모드, four domain TN(FDTN) 모드처럼 각 픽셀 안에 다중 도메인을 형성해 시야각을 보상시키는 방법들이 제안되었다. 하지만 ITN 모드에 다중 도메인 구조를 적용하되 도펀트가 없이도 전계 인가 시 비틀린 구조를 유지할 수 있어야 한다. 도펀트를 사용할 경우에는 각 도메인에서 같은 방향으로의 비틀린 구조가 유지되어야 하고 이를 위해서는 각 도메인마다 서로 다른 액정 배향 상태가 요구되므로 복잡한 공정 방법이 필요하기 때문이다. 따라서 도펀트의 힘이 없이 배향막의 강한 표면 고정에너지 만으로 비틀린 구조를 유지할 수 있도록 표면에서 액정들을 강하게 잡아줄 수 있는 방법이 요구되었다. 따라서 본 논문에서는 표면 방위각 고정에너지를 강화시키기 위해 다중 배향막 구조를 이용해 높은 투과율과 명암 대비비, 넓은 시야각 특성을 갖는 inverse FDTN(IFDTN) 모드를 구현하였다. 이는 수평 배향막 위에 수직 배향막을 적층하고 수직 배향막의 두께를 조절하여 액정에 미치는 수평 배향막의 힘을 조절한다. 이로써, 상대적으로 약한 방위각 고정에너지를 가진 수직 배향막의 단점을 보완하되 초기 수직 배향을 유지하도록 한다. 또한 기존의 IFDTN 모드는 마이크로 러빙 공정을 통해 구현되기 때문에 먼지 등의 오염물질 발생 위험이 크고 이로 인한 정전기, 스크래치 발생 등의 접촉식 공정의 단점을 가질 뿐만 아니라 대형화에 어려움이 있다. 따라서 본 논문에서는 러빙 공정을 대체할 방법으로 각광 받고 있는 광배향 방법을 이용하였다. 광배향 방법은 비 접촉식 공정의 장점을 가질 뿐만 아니라 광 조사 만으로 일정 영역에 동일한 선경사각을 유도하는 데에 용이하기 때문에 다중 도메인 적용이 쉽고, 공정 과정이 간단해 대형화에 유리하다. 따라서 본 논문에서 제안한 광배향 방법을 이용한 IFDTN 모드는 패널의 오염 및 특성 저하의 위험성 없이 뛰어난 특성 구현이 가능하다.