KR100206560B1

KR100206560B1 - 광시야각을 위한 액정 표시 장치의 배향막 처리방법

Info

Publication number: KR100206560B1
Application number: KR1019960015914A
Authority: KR
Inventors: 유재진
Original assignee: 김광호; 삼성전자주식회사
Priority date: 1996-05-14
Filing date: 1996-05-14
Publication date: 1999-07-01
Also published as: US5831706A; KR970076005A

Abstract

본 발명은 시야각의 개선을 위해 미소 단위 영역인 화소(pixel)내에서 서로 다른 액정 분자의 배향을 갖는 액정 표시 장치의 배향막 처리 방법에 관한 것으로서, 액정 표시 장치에 도포되어 있는 플리이미드 배향막에 부분적으로 자외선을 조사하는 단계, 배향막을 한 방향으로 일차 러빙하는 단계, 배향막의 일부를 상기 일차 러빙 단계와 수직한 방향으로 이차 러빙하는 단계를 거쳐 배향 방향과 선경사각이 다른 사분할 화소를 형성함으로써 시야각을 향상시키고 공정 과정의 단순화 및 수율 향상의 효과를 얻는다.

Description

광시야각을 위한 액정 표시 장치의 배향막 처리 방법

제1도는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배향막 형성 방법을 공정 순서대로 나타낸 사시도이고,

제2a도는 제1도의 공정 순서에 의해 형성된 셀(cell)을 상하로 배치한 배치도이고,

b는 a의 상하 배치하에서 나타나는 시야 방향을 나타랜 도면이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명

1 : 유리 기판 2 : 배향막

3 : 광 마스크(phost mask) 4 : 감광막

본 발명은 광 시야각의 개선을 위한 액정 표시 장치의 배향막 처리 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 미소 단위 영역내에서 서로 다른 배향을 갖는 액정 표시 장치의 배향막 처리 방법에 관한 것이다. 일반적으로 액정 표시 장치는 두 장의 기판 사이에 액정을 주입하고, 여기에 가하는 전장의 세기를 조절하여 광 투과량을 조절하는 구조로 되어 있다. 이와 같은 액정 표시 움직이치는 넓은 면적에 걸쳐 액정 분자들의 균일한 정열 상태가 필요한데, 이러한 정열 상태를 얻기 위해서 특별한 배향 처리가 필요하다. 가장 많이 사용되는 배향 방법은 스핀코팅(spin coating) 방식, 인쇄 방식을 써서 고분자를 기판에 코팅한 후 일정 방향으로 러빙(rubbing)하는 형태의 배향 처리 방법이다. 이때 표면 배향제로는 고분자 폴리이미드(polyimide)가 주로 사용된다. 비틀린 네마틱(twisted-nematic : TN) 방식의 액정 표시 장치는 한쌍의 투명 유리 기판과 유리 기판 사이의 액정 물질, 그 액정을 구동시킬수 있는 투염 전극, 유리 기판에 입사하는 빛을 편광시키는 기능을 하는 2장의 편광판으로 구성된다. 유리 기판 사이에 채워지는 액정 분자들은 가늘고 긴 막대 모양을 가지며 일정한 피치(pitch)를 가지고 나선상으로 꼬여 있어 액정 분자의 장축의 배열 방위가 연속적으로 변화되는 뒤틀린 구조를 갖는다. 이러한 구조의 비틀린 네마틱 방식의 장치에서는 입사한 편광빛이 분자의 장축과 단축의 배열에 따라 각기 다른 광 시각적 특성을 나타낸다. 액정 표시 장치의 시야각은 나선 구조의 액정 분자들의 장축을 따라 형성되므로, 보는 각도에 따라 분자의 장축이 변하게 된다. SID 93 DIGEST p.p265-266의 Wide-Viewing-Angle Improvements for AMLCDs에 따르면 이러한 액정 표시 장치에서는 수평 압향에 대해서 대략 +45°에서 -45° 범위의 대칭적인 시야각을 가지며 수직 방향에 대해서는 -15°에서 5°사이로 시야각이 제한되며 특히, 셀의 중심에서의 액정 경사 방위와 시야각이 일치하는 방향에서는 계조 반전 현상이 나타난다. 이러한 시야각의 큰 각도 의존성과 계조 표시의 에러(error)의 문제를 개선하기 위해 비틀린 네마틱 셀의 선경사각(pretilt)을 영역에 따라 달리하는 다중 영역 비틀린 네마틱 셀 방식, 지연 필름을 사용하여 비틀린 네마틱 셀을 광학적으로 보상해 주는 방식, 액정 표시 장치의 각 화소에 러빙(rubbing)을 가함으로써 화소를 분할하는 방식 등을 이용한 배향 처리가 이루어지고 있다(SID 93 DIGEST, p.265).

이러한 방식중 비교적 넒은 시야각 범위에서 좋은 광-전기적 특성을 갖는 두 영역 비틀린 네마틱(two-domain twisted nematic: TDTN) 셀과 영역 분리 비틀린 네마틱(domain divided twisted nematic: DDTN) 셀 등이 주로 선호되고 있다. 두 영역 비틀린 네마틱 셀에서는 각 화소가 두 방향 배향 영역을 갖는데 이 영역에서는 두 선경사각의 방향이 서로 반대이며 두 영역 비틀린 네마틱 셀을 실현하기 위한 공정 과정은 4번의 러빙(rubbing)과정과 2번의 광학(photolithography) 과정이 필요하다. 영역 분리 비틀린 네마틱 셀은 두 영역 비틀린 네미틱 셀과 기본 원리는 같고 선경사각과 액정 물질의 나선력에 의해 영역이 제어되며 2번의 러빙 과정과 2번의 광학 과정을 거친다(SID 93 DIGEST p.268).

이와 같은 종래의 액정 표시 소자의 배향 처리 방법은 -20°에서+18°범위의 개선된 수직 시야각을 나타내지만 여전히 그 범위가 좁고 공정이 복잡하며 그에 따른 시간과 비용 상승의 문제가 남아 있다. 또한 배향막의 표면이 알카리성 현상액에 손상되어 배향성이 감소함으로 인해 표시 소자의 품질이 떨어지는 문제점도 있다. 본 발명은 상기의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 시야각을 확장하고 공정을 단순화하며 수율의 저하를 막는 것을 그 목적으로 한다. 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 배향막 처리 방법은, 액정 표시 장치에 도포되어 있는 배향막에 부분적으로 자외선을 조사하고 배향막을 한 방향으로 일차 러빙한 다음, 배향막의 일부를 상기 일차 러빙 단계와 다른 방향으로 이차 러빙하는 단계를 포함한다. 이와같이 종래보다 단순화된 단계를 거쳐 형성된 액정 표시 장치에는 서로 다른 선경사각과 러빙 방향을 가진 네 가지 영역들이 다수 형성된다. 이때, 하나의 화소를 위와 같은 네 영역으로 분할하여 하는 것이 바람직하며, 이러한 단일 화소가 사분할된 배향막을 가진 액정 기판을 서로 마주보도록 설치하면 분할 영역의 시야 방향이 각각 45°, 135°,225°,315°를 갖게되어 광학적 보상이 일어나므로 한 방향으로 배향처리된 경우보다 넓은 시야각을 얻을 수 있다. 그러면 첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명한다. 제1a도 내지 1g도는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 배향막 처리 방법을 공정 순서에 도시한 사시도이고, 제2a도 내지 b도는 제1도의 공정 과정을 거쳐 처리한 배향막을 마주 보도록 설치했을 때 형성되는 시야 방향을 나타낸 도면이다. 제1도의 (가) 내지 (나)에서 도시한 것처럼, 먼저 유리 기판(1) 위에 폴리이미드계 고분자 배향막(2)을 도포한다[제1a도 참조]. 이때 배향막(2)은 5°-7°의 높은 선경사각을 갖도록 선처리된다. 이 배향막(2)의 일부 영역에 광 마스크(3)를 부착하고 그 위로 260nm-280nm의 파장이 짧은 자외선을 조사한다[제1b도 참조]. 이 과정은 부분적으로 선경사각을 변조시키기 위한 과정이다. 자외선이 조사된 곳은 표면의 에너지가 높아져 배향막(2)의 선경사각이 0.5°-2°정도 낮아지게 ehls다. 광 마스크(3)는 각 화소의 일부에만 부착되므로, 화소는 5°-7°의 높은 선경사각을 갖는 제1 영역 과선경사각이 0.5°내지 2°정도 낮아진 제2 영역으로 나뉜다. 각 화소가 이분할된 배향막(2)을 부드러운 천으로 문지르면 액정 분자들의 장축이 한 qkd향으로 균일하게 배열한다[제1c도 참조] 이 배향막 위에 감광성이 있는 감광막(4)을 도포하고[제1d도 참조]. 감광막(4)의 특정 부위에 감광 마스크를 밀착시켜 그 부분에 빛을 조사하여 감광시킨 후 감광된 부분을 알칼리성 현상제를 써서 제거하면 원하는 패턴을 얻을 수 있다. 이 패턴은 앞 선 배향막(2) 화소의 제1영역 및 제2영역의 일부를 덮는 형태를 갖는다[제1e도 참조]. 다음은 감광막(4)이 남아 있는 배향막(2) 화소의 제1 및 제2 영역을 일차 러빙 압향에 대해 수직 방향으로 문지른다[제1f도 참조]. 러빙 과정 이후 나머지 감광막(4)을 제거하면 액정 분자의 배향과 선경사각이 다른 네 영역을 갖는 화소가 형성된다[제1g도 참조]. 이러한 처리 과정은 액정 표시 장치의 상하 기판 모두에 행할 수 있다. 제2a도 및 b도에서와 같이, 상기 1도에서와 같은 화소의 배향막(2)을 상하로 마주 보도록 설치하고[제2a도 참조].각 화소에 전압을 인가하면, 상하 액정 분자의 배향 방향과 선경사각은 시야의 방향이 각기 네 영역을 형성한다[제2b도 참조]. 즉 낮은 선경사각을 가지며 지면의 왼쪽 방향으로 러빙된 상판의 a영역과 높은 선경사각을 가지며 지면의 뒤쪽으로 러빙된 하판의 a'영역의 영향으로 aa'의 시야 방향은 45°방향으로 나타난다. 같은 원리로 bb' cc', dd'의 시야 방향은 각각 315°,225°,135° 방향을 갖게 된다. 따라서, 네 영역의 시야 방향은 광학적 보상을 일으키어 한 방향으로 시야 방향이 형성될 때보다 더 넓고 이상적인 시야각을 형성하게 된다. 또한, 단일의 폴리이미드 배향막에 부분적으로 자외선의 조사량을 조절하는 방식으로 둘 이상의 변조된 선경사각을 얻기 때문에 공정이 단순하고, 수율의 저하를 막는 효과가 있다. 단일 화소를 사분할 되도록 배향 처리하는 방법 외에 또다른 실시예로서 2개의 화소가 각각 이분할되도록 배향 처리하여 이들을 광학적 보상이 최대가 되도록 배치하는 방법이 있다. 앞선 방법은 이와 같은 화소 분할에도 적용될 수 있는데 단일 화소를 사분할하는 경우보다 공정 과정이 더욱 단순해진다. 이와 같이 액정 표시 소자의 배향막 형성 방법은 자외선을 단층의 폴리이미드 배향막에 선택적으로 조사하여 서로 다른 액정 분자의 배향을 갖는 미소 영역을 쉽고 안정적으로 얻어냄으로써 광시야각의 형성과 공정의 단순화 및 수율 향상의 효과가 있다.

Claims

다수의 화소로 이루어진 액정 표시 장치에 도포되어 있는 배향막에 부분적으로 자외선을 조사하는 단계, 상기 배향막을 한 방향으로 일차 러빙하는 단계, 상기 배향막의 일부를 상기 일차 러빙 단계와 다른 방향으로 이차 러빙하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치의 배향막 처리 방법.
제1항에서, 상기 배향막은 5°-7°의 높은 선경사각으로 선처리된 배향막 처리 방법.
제2항에서, 상기 배향막은 폴리이미드계 고분자를 재료로 하는 배향막 처리 방법.
제1항에서, 상기 자외선의 파장은 260nm-280nm인 배향막 처리 방법.
제4항에서, 상기 자외선 조사 단계에서는 상기 배향막의 일부에 광 마스크를 씌워 자외선을 조사하는 배향막 처리 방법.
제1항에서, 상기 자외선은 조사된 영역의 선경사각이 0.5°-2°낮아지도록 조사하는 배향막 처리 방법.
제6항에서, 상기 자외선은 각 화소의 일부에만 조사하여 상기 각 화소를 높은 선경사각을 가지는 제1 영역과 낮은 선경사각을 가지는 제2 영역으로 나누는 배향막 처리 방법.
제7항에서, 상기 이차 러빙 단계에서 러빙 처리되는 영역은 상기 제1 영역 및 상기 제2 영역의 일부인 배향막 처리 방법.
제8항에서, 상기 이차 러빙 단계에서의 러빙 방향은 상기 일차 러빙 단계에서의 러빙 방향과 수직한 배향막 처리 방법.
다수의 화소로 이루어진 액정 표시 장치에 도포되어 있는 배향막의 일부에 광 마스크를 씌어 자외선을 조사하는 단계, 상기 배향막을 한 방향으로 일차 러빙하는 단계, 상기 배향막의 일부에 감광막을 형성하는 단계, 상기 일차 러빙 단계와는 다른 방향으로 이차 러빙하는 단계, 상기 감광막을 제거하는 단계를 포함하는 배향막 처리 방법.
제10항에서, 상기 배향막은 5°-7°의 높은 선경사각을 갖도록 선처리된 배향막 처리 방법.
제11항에서, 상기 배향막은 폴리이미드 물질이 도포되어진 배향막 처리 방법.
제11항에서, 상기 자외선의 파장 영역이 260 nm-280nm인 배향막 처리 방법.
제10항에서, 상기 자외선은 조사된 영역의 선경사각을 0.5°-2°낮추는 배향막 처리 방법.
제10항에서, 상기 광 마스크가 씌워지는 영역은 각 화소의 일부이어서 상기 각 화소는 높은 선경사각을 갖는 제1 영역과 낮은 선경사각을 갖는 제2 영역으로 나뉘는 배향막 처리 방법.
제15항에서, 상기 감광막은 상기 제1 영격 및 제2 영역 각각의 일부에만 형성하는 배향막 처리 방법.
제16항에서, 이차 러빙 단계에서의 러빙 방향은 상기 일차 러빙 단계에서의 러빙 방향과 수직한 배향막 처리 방법.