KR100629687B1 - 액정표시장치 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 액정표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 상부기판과 하부기판의 마주보는 면에 도포하여 배향공정을 거친 배향막의 표면과 액정분자의 배향규제력(anchoring energy)을 강화시키고 액정분자의 초기 배향상태를 고정시키는 수단으로, 상기 액정에 열 경화성 고분자를 첨가하여, 상기 액정분자의 배향방향과 평행하도록 경화하여 상기 액정분자를 고정시킴으로써, 상기 액정분자와 배향막의 배향규제력이 강화되고, 액정분자의 안정된 배향상태를 얻을 수 있다.

Description

액정표시장치 제조방법{Fabricating method for liquid crystal display device}
도 1은 일반적인 액정표시장치의 단면을 도시한 단면도이고,
도 2a 내지 도 2d는 종래의 액정표시장치 제조방법을 간략하게 나타낸 공정단면도이고,
도 3a 내지 도 3d는 본 발명에 따른 액정표시장치 제조방법을 나타낸 공정단면도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
115 : 배향막 117 : 상부기판
119 : 하부기판 121a : 열경화성 고분자 첨가제
본 발명은 액정표시장치에 관한 것으로, 특히 액정표시장치에 포함된 액정셀 에 관한 것이다.
일반적으로, 액정표시장치는 공통전극과 컬러필터가 형성된 상부기판과, 스위칭소자와 화소전극 등이 형성된 하부기판과, 상기 상부기판과 하부기판 사이에 충진되는 액정으로 구성된다. 상기 액정은 대단히 많은 종류가 있으며, 그 중 액정표시장치를 제작하는데 사용되고 있는 종류는 비틀림 네마틱액정(twisted nematic liquid crystal : TN), 슈퍼 비틀림 네마틱액정(super twisted nematic liquid crystal : STN), 강유전성액정(ferroelectric liquid crystal : FLC) 및 콜레스테릭 액정(cholesteric liquid crystal) 등의 다수이다.
이러한 다수의 액정들은 각각 초기배열특성을 가지며, 전압이 인가되면 수평배열을 하거나 수직배열을 하여 빛을 투과시키거나 차단하고, 또는 빛의 양을 조절할 수 있는 광학적 이방성특성을 갖는다.
전술한 액정을 포함하는 일반적인 액정표시장치의 구성을 도 1을 참조하여 설명한다.
도 1은 일반적인 액정표시장치의 단면을 도시한 단면도이다.
도시한 바와 같이, 일반적으로 액정표시장치(11)는 블랙매트릭스(6)를 포함하는 컬러필터(7)와 상기 컬러필터(7)상에 투명한 공통전극(18)이 형성된 상부기판(5)과, 상기 상부기판과 소정간격 이격된 하부기판(21)을 포함한다.
상기 하부기판(21)은 어레이기판으로서, 화소영역(미도시)과 화소영역 상에 형성된 화소전극(미도시)과 스위칭소자(미도시)를 포함한다.
최종적으로, 상기 상부기판(5)과 하부기판(21)의 각각 마주보는 면에는 배향 막(23)이 형성된다.
상기 상부기판(5)과 하부기판(21)은 접착제(sealant)(35)로 합착되고, 상기 합착된 액정패널의 상/하부에 각각 상부 편광판(25)과 하부 편광판(27)을 부착함으로써 액정표시장치(11)를 완성한다.
상기 액정표시장치(11)는 상기 광학적 이방성을 갖는 액정분자(33)의 배열특성에 의해 상기 백라이트(31)의 빛을 투과 또는 흡수하거나 빛의 양을 조절함으로써 이미지가 표현되는 장치이다.
따라서, 상기 액정분자(33)의 배향특성은 액정표시장치(11)의 광학적 특성에 많은 영향을 끼치게 된다. 그러므로, 상기 액정분자(33)의 배열특성을 제어하는 것은 아주 중요한 문제이며 특히 상기 액정분자(33)의 배향특성에 가장 큰 영향을 미치는 배향막(alignment film)(23)과 액정분자(33)사이의 배향규제력(anchoring energy)을 유지하는 것은 아주 중요한 요소이다.
상기 배향규제력은 상기 기판과 배향막 간에 발생하는 에너지를 일컬으며, 이는 인가된 전압에 의한 에너지보다 더 큰 상태를 말한다.
따라서, 전압이 인가되더라도 상기 배향막과 맞닿은 액정분자는 상기 배향규제력에 의해 분극하지 않는 특성을 갖는다.
그러므로, 상기 배향규제력이 충분히 크지 않으면 상기 액정의 초기 배향상태가 흐틀어져 액정표시장치의 광학적 특성이 좋지 않다.
이 때, 상기 배향막은 상기 상부기판과 하부기판의 마주보는 면에 각각 형성되며, 상기 배향막에 의해 상기 액정분자의 초기배열상태를 고정할 수 있다.
상세히 설명하면, 상기 액정의 물성은 분자배열상태에 의해 변하고, 전계 등의 외력에 대한 응답에도 차이가 생긴다. 이에 따른 액정분자의 배열제어는 액정물성의 연구에는 물론 액정표시소자의 구성상에서도 필수적인 기술이다. 가늘고 긴 액정분자와 기판과의 상대적인 위치관계는 기판표면에서 올라가 있는 각과 기판면에의 사영의 방위로 표현가능하며, 액정분자가 배향막의 표면에서 받는 전술한 배향 규제력(Anchoring force)의 정도는 배향의 안정성과 밀접하게 관련되어 있기 때문에 배향막의 형성은 중요하다.
상기 배향막의 재질은 무기배향막과 유기배향막 그리고 두 가지를 병용하여 사용하는 것으로 구분할 수 있다.
예를 들어, 상기 무기배향막은 실리콘 산화막(SiO)사방증착법에 의해 형성되어진다. 실리콘 산화막(SiO) 사방증착법은 금속이나 산화물 및 불화물 등의 무기물질을 기판에 대해 경사로 증착하는 것으로, 증착물질로 실리콘산화막이 일반적으로 사용되어진다.
증착각, 증착속도, 진공도, 기판온도, 막두께 등의 증착조건이나 증착물질 및 액정물질이 다르면 액정분자 배향형태도 변화한다.
평행배향을 얻기위해 기판 상에 투명전극을 형성하고 기판표면을 다이아몬드 페이스트(diamond paste) 등을 이용하여 기계적으로 한 방향 러빙(rubbing)을 하기도 한다.
이 막의 배향기구는 러빙방향으로 생긴 미세한 홈(groove)에 의한 것으로 생각되며 프리틸트각이 거의 0도가 된다.
도 2a 내지 도 2d는 일반적인 광배향막 형성공정을 도시한 공정도이다.
먼저, 도 2a에 도시한 바와 같이, 먼저 기판(41)에 광배향막 등의 고분자를 도포하여 배향막(43)을 형성한다.
다음으로, 도 2b에 도시한 바와 같이, 상기 도포된 배향막(43) 상에 광(UV)(45)을 조사하여 상기 배향막(43)을 배향시킨다.
그러면, 도 2c에 도시한 바와 같이, 상기 배향막(43)의 단면은 소정의 프리틸트각(47)을 갖게된다.
이 때, 상기 배향막은 상기 상부기판과 하부기판의 마주보는 면에 각각 형성된다.
다음으로, 상기 배향막(43)이 형성된 상부기판(51)과 하부기판(41)을 합착하고, 상기 두 기판 사이에 액정(53)을 주입하게 된다.
이때, 상기 액정분자(53)는 상기 배향막(43)의 프리틸트각에 의존하여 위치하게 된다.
그러나 전술한 바와 같이 광을 이용하여 배향되는 배향막의 경우, 배향막 재료의 낮은 배향규제력과 잔류 DC 등의 문제에 의하여 잔상특성이 심한 결과를 갖는다.
따라서, 이러한 잔상특성을 개선하기 위해서는 상기 배향막(43)에 걸리는 잔류 DC특성을 낮추고, 배향막의 액정분자에 대한 표면 규제력을 강화시킬 필요가 있다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위한 본 발명은 액정분자의 배향규제력(anchoring energy)을 향상시켜 잔상을 제거한 액정표시장치를 제조하는데 그 목적이 있다.
전술한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정표시장치 제조방법은 제 1 기판과 제 2 기판의 상부 각각에 제 1 및 제 2 배향막을 형성하는 단계와; 상기 제 1 또는 제 2 배향막을 배향처리하는 단계와; 상기 제 1 기판과 제 2 기판을 상기 제 1, 2 배향막이 서로 마주보며 소정의 갭을 갖도록 합착하는 단계와; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 갭에 열경화성 고분자를 포함하는 혼합액정을 주입하여 혼합액정층을 형성하고 에이징(aging)하는 단계와; 열처리함으로써 상기 혼합액정층 내의 상기 열경화성 고분자가 경화되어 네트워크 상을 이루도록 하는 단계를 포함하며 상기 액정은 고분자 네트워크 상 내에서 인가된 전계에 따라 회전하는 것을 특징으로 한다.
상기 배향처리하는 단계는, 상기 제 1 또는 제 2 배향막에 자외선을 조사하여 광배향하는 단계를 포함한다.
또한 상기 혼합액정층 내의 열경화성 고분자는 네마틱 특성을 가지며, 상기 액정은 네마틱 액정이며, 상기 네트워크 상은 상기 제 1 또는 제 2 배향막의 배향방향을 따라 비등방적으로 정렬된 후 경화되는 것이 특징이다.
본 발명의 특징에 따른 액정표시장치는 적어도 하나의 광배향막이 형성된 제 1, 2 기판과; 상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 위치하고 네트워크 상을 이룬 열경화성 고분자와 액정분자로 이루어진 혼합액정층을 포함하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 네트워크 상은 열경화성 고분자 물질에 의해 상기 광배향막의 초기배열 상태를 따라 정렬되며 경화되어 형성되며, 상기 액정분자는 상기 네트워크에 의해 구속되어 형성된 것이 특징이며, 상기 액정분자는 전계인가에 따라 회전하는 것이 특징이다.
또한, 상기 혼합액정층 내의 열경화성 고분자는 네마틱 특성을 가지며, 상기 액정은 네마틱 액정이며, 상기 네트워크 상은 상기 제 1 또는 제 2 배향막의 배향방향을 따라 비등방적으로 정렬된 후 경화된 것이 특징이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 설명하다.
본 발명에서는 전술한 배향막과 액정분자간의 배향규제력을 향상시키기 위해 상기 액정에 소정의 첨가제를 첨가한다. 이하 도 3a 내지 도 3c를 참조하여 설명한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명에 따른 액정표시장치에 포함되는 액정셀 제조공정을 도시한 공정 단면도이다.
도시한 바와 같이, 액정표시장치의 상부기판(117)과 하부기판(119)의 마주보는 면에 소정의 배향각(113)을 갖도록 광배향한 배향막(115)을 형성한다.
상기 광배향은 적어도 하나의 배향막에 할 수도 있다.
다음 공정은 상기 배향막(115)이 형성된 상부기판(117)과 하부기판(119)을 소정의 갭으로 합착한 후, 상기 두 기판사이에 액정혼합물을 주입하는 공정이다.
이때, 상기 액정혼합물은 액정에 열경화성 고분자를 첨가한 혼합액정이다.
상기 고분자들은 화학반응을 통해 짧은 분자들을 서로 연결시켜 형성한 매우 길고 가는 분자들이다.
상기 고분자 중 크게 두 가지 유형의 고분자들이 액정상을 생성한다.
첫 번째는, 상당히 단단한 부분이 양쪽 끝에 있는 휠 수 있는 부분들에 의해 서로 연결된 구조이다.
이러한 긴 고분자들이 액정상에서 움직이면서 다른 분자들과 충돌하더라도 단단한 부분은 여전히 한 방향으로 향하게 된다.
두 번째 유형의 고분자는 하나의 완전히 휠 수 있는 고분자 사슬을 따라 또 다른 단단한 부분들이 짧고 휠 수 있는 연결부분에 의해 매달려 있는 구조이다.
이렇게 형성된 고분자 액정상에서는 길고 휠 수 있는 고분자 사슬은 어떠한 방향질서나 위치질서도 갖지 않고 물질전체를 누비며 휘감기게 된다.
그러나 거기에 매달려 있는 단단한 부분들은 액정상에 전형적인 방향질서를 가지고 있다.
본 발명에 따른 열경화성 고분자는 네마틱특성을 나타내는 액정고분자로서, 열(thermal)에 의해 경화(curing)되는 특성을 갖는다.
다음 과정은 상기 액정혼합물의 혼합상태를 안정화 하는 것이다.
즉, 도 3b에 도시한 바와 같이, 상기 상부기판(117)과 하부기판(119) 사이에 주입된 액정혼합물(125)은 적당한 에이징(aging)시간을 통해 상기 액정(123)과 고분자(121)의 혼합상태가 안정화된다. 결과적으로 상기 열경화성 고분자(121)는 액정(123)의 배열에 따라 상기 액정분자(123)의 사이에 위치하게 된다.
다음공정은 상기 고분자에 열을 가하여 네트워크를 형성하는 과정이다.
도 3c에 도시한 바와 같이, 상기 액정혼합물(125)에 열처리를 해주면 상기 액정분자(123) 사이에 위치한 고분자(121a)는 서로 연결되면서 경화하여 네트워크 상태로 되어 상기 액정분자(123)를 지지하게 된다.
상세히 설명하면, 상기 고분자(121)는 네마틱액정과 혼합되는 것이므로, 네마틱상이 유지되는 온도 대에서 열경화가 가능하도록 분자 설계된 물질을 사용하여, 고분자(121)의 네마틱 방향이 상기 자외선에 의해 경화되고 러빙처리된 상기 배향막(115)의 초기배향에 따라서 방향이 정렬하게 된다.
상기 액정 혼합물(125) 중 상기 고분자는 상기 도 3b의 공정을 통해 적당한 에이징(aging)시간을 통해 안정화하고 열에 의해 경화하는 과정을 통해 고분자 네트워크(polymer network)를 형성하게 되며, 이는 초기방향으로 비등방적으로 형성된다.
이를 통해서, 상기 액정분자(123)를 안정하게 지지하게 되고, 상기 액정을 구속하는 앵커링(anchoring)을 증가시킬 수 있다.
또한, 상기 열경화성 폴리머의 네트웍상에 의한 표면적 증가와 고분자 안정화 효과에 의해 배향 규제력이 증가하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 액정표시장치는 상기 액정셀을 구성하는 네마틱액정에 네마틱특성을 갖는 열경화성 폴리머를 첨가하여 액정의 배열상태를 안정하게 구속할 수 있으므로, 상기 배향막과 액정간의 배향규제력을 강화시키고 이에 따른 잔상개선 및 광안정특성을 갖게 되는 효과가 있다.

Claims (9)

  1. 제 1 기판과 제 2 기판의 상부 각각에 제 1 및 제 2 배향막을 형성하는 단계와;
    상기 제 1 또는 제 2 배향막을 배향처리하는 단계와;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판을 상기 제 1, 2 배향막이 서로 마주보며 소정의 갭을 갖도록 합착하는 단계와;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이의 갭에 열경화성 고분자를 포함하는 혼합액정을 주입하여 혼합액정층을 형성하고 에이징(aging)하는 단계와;
    열처리함으로써 상기 혼합액정층 내의 상기 열경화성 고분자가 경화되어 네트워크 상을 이루도록 하는 단계
    를 포함하며 상기 액정은 고분자 네트워크 상 내에서 인가된 전계에 따라 회전하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 배향처리하는 단계는,
    상기 제 1 또는 제 2 배향막에 자외선을 조사하여 광배향하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치 제조방법.
  3. 적어도 하나의 광배향막이 형성된 제 1, 2 기판과;
    상기 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 위치하고 네트워크 상을 이룬 열경화성 고분자와 액정분자로 이루어진 혼합액정층을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정표시장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합액정층 내의 열경화성 고분자는 네마틱 특성을 가지며, 상기 액정은 네마틱 액정인 액정표시장치 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 네트워크 상은 상기 제 1 또는 제 2 배향막의 배향방향을 따라 비등방적으로 정렬된 후 경화되는 것이 특징인 액정표시장치 제조방법.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 네트워크 상은 열경화성 고분자 물질에 의해 상기 광배향막의 초기배열 상태를 따라 정렬되며 경화되어 형성되며, 상기 액정분자는 상기 네트워크에 의해 구속되어 형성된 것이 특징인 액정표시장치.
  7. 제 3 항에 있어서,
    상기 액정분자는 전계인가에 따라 회전하는 것이 특징인 액정표시장치.
  8. 제 3 항에 있어서,
    상기 혼합액정층 내의 열경화성 고분자는 네마틱 특성을 가지며, 상기 액정은 네마틱 액정인 액정표시장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 네트워크 상은 상기 제 1 또는 제 2 배향막의 배향방향을 따라 비등방적으로 정렬된 후 경화된 것이 특징인 액정표시장치.
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