KR20040019055A - 내부 편광자를 갖는 액정 디스플레이 제조 방법 - Google Patents

내부 편광자를 갖는 액정 디스플레이 제조 방법 Download PDF

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KR20040019055A
KR20040019055A KR10-2004-7000373A KR20047000373A KR20040019055A KR 20040019055 A KR20040019055 A KR 20040019055A KR 20047000373 A KR20047000373 A KR 20047000373A KR 20040019055 A KR20040019055 A KR 20040019055A
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크리스티안 스캐라벨리
코라도 게르바쯔
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테크디스 에스.피.에이.
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Abstract

본 발명은 자신의 사이에서 액정이 배치된 한 쌍의 면하는 플레이트에 의해 형성된 셀을 각각 포함하는 액정 디스플레이 제조 방법에 관한 것으로서, 다수의 플레이트는 오리지널 유리 시트(10)로부터 시작하여 형성된다. 본 발명의 방법은 시트(10) 상에 액정 편광 물질을 증착하고 분자를 방향배열함으로써 편광층(20)을 제공하고, 상기 디바이스의 디스플레이 영역(30)에 실질적으로 대응하는 미리결정된 구조물 내에 결정화된 편광층(20) 위에 폴리이미드 수지로 이루어진 정렬층을 제공하며, 디바이스의 디스플레이 영역(30)들 사이의 분리 영역으로부터, 정렬층에 의해 마스크화되지 않은 편광층(20)의 노출된 부분을 후속하여 선택적으로 제거하는 동작들을 포함한다. 이러한 동작들은 한 쌍의 시트(10)들이 면하는 위치에서 결합하고 개별 셀들을 분리하는 동작 이전에 수행된다.

Description

내부 편광자를 갖는 액정 디스플레이 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING LIQUID CRYSTAL DISPLAYS HAVING AN INTERNAL POLARIZER}
(약어로 LCD로 알려진) 액정 디스플레이는 서로 면하고 액정 물질이 내부에 담겨진 갭에 의해 분리된 두 개의 유리 플레이트에 의해 형성된다.
유리 플레이트의 내부 표면 상에서 전극을 구성하는 투명한 도전층이 증착되고, 표시하고자 하는 심볼(문자와 숫자가 포함된 문자, 그래픽 포인트, 아이콘)을 형성하는 방식으로 통상적으로 In2O3및/또는 SnO2가 구성된다. 이렇게 구성된 구조물은 소위 정렬층으로 덮이게 된다.
일반적으로 폴리이미드 수지로 이루어진 정렬층은 액정 물질과 접촉하고 전체 접촉 표면 위에서 액정 물질 분자의 단일한 방향을 증진시키는데 기여한다.
일반적으로 편광층은 유리 플레이트의 외부 표면 상에 증착되고 두 개의 층의 편광 방향이 (트위스트 네마틱 타입의 액정의 경우에) 서로 직교하거나 또는 (수퍼-트위스트 네마틱 타입의 어플리케이션의 경우에는) 약간 다른 각도를 갖는 방식으로 방향지어진다.
공지된 바와 같이, 백릿(back-lit) 또는 반사 디스플레이가 제조될 수 있으며, 채택된 장치에 따라, 추가의 반사층 또는 상업용 조명 장치가 장치의 후면 플레이트 상에 각각 제공된다.
액정 디스플레이의 제조 프로세스는 (현재 기술로는 각 쌍의 시트에 대해 백여개 정도의) 다수의 디바이스가 위에 형성된 한 쌍의 유리 시트 상에 수행된 제 1 시리즈의 전체 동작 및 오리지널 시트를 면하는 위치에 함께 가져와서 개별 디바이스를 구성하는 셀을 절단 또는 분리한 후에 수행되는 제 2 시리즈의 동작을 포함한다.
제 1 시리즈의 동작은 유리 시트의 세척 및 소독 단계, 종래 증착, 포토리소그래피 및 에칭 기술을 이용한 전극과 전기 접속부의 형성 단계, 정렬층의 인쇄 단계 및 액정과 접촉하는 정렬층 표면의 후속 처리(연마) 단계를 연속적으로 포함한다.
액정이 내부에 유입되는 갭을 형성하는 방식으로 유리 시트들이 함께 결합되도록 하면서 각각의 디스플레이를 함께 형성하는 플레이트들 사이의 전기적 접속을 보장하기 위해, 도전 물질의 마이크로 스피어 내에 매립된 접착 물질에 의해 형성된 스페이서 엘리먼트가 시트중 하나 위에서 실크 스크린 인쇄에 의해 상업적인 방식으로 증착된다. 다음에 유리 시트는 함께 결합되고 개별 디바이스를 구성하는 셀의 분리를 위해 연속하는 절단 동작이 수행된다.
일단 셀이 분리되면, 이들 각각의 셀은 액정 물질로 채워지고 이어서 밀봉되며, 편광층이 유리 플레이트와 접촉하는 디바이스의 외부 면에 제공된다.
상기 설명한 동작 시리즈중 마지막 단계와 최종 패키지화 단계 이전에, 커버링 및 밀봉 동작은 보호성 부식-방지 클래딩을 보장하기 위해 다시 수행된다.
종래에는, 편광층은 셀룰로우스 트리아세테이트의 접착 필름으로 구성되고 플레이트들의 외부면 모두 위에 간단하게 접착함으로써 제공되어, (편광 필름과 접착층의 두께를 포함하는 값인) 약 2 ×200 마이크론까지 디바이스의 전체 두께를 증가시킨다.
최근에는, 예컨대, 미국, 캘리포니아, 샌프란시스코에 있는 옵티바 인코포레이티드사에서 제조된 TCF(Thin Crystal Film)이란 명칭의 LCP(액정 편광자:Liquid Crystal Polariser) 제품과 같은 액정 물질이 편광층을 형성하는데 사용되었다. 이러한 편광 물질은 러시안 테크놀로지 그룹사에서 국제특허출원한 WO94/28073호에 개시되어 있다. 이것은 얇고 기다란 형태의 분자 응집체를 갖는 디스코틱 액정 물질과 유사한 구조적 특성을 갖는 리오트로픽(liotropic) 수용성 액정 혼합물이다. 소정량의 액체 형태의 물질을 편광층을 형성하고자 하는 표면 위에 증착하고, 스트레칭 또는 다른 방향으로 기계적인 작용을 가함으로써, 물질의 분자 구조는 분자 응집체가 서로 정렬하여 배치되어 전체 구조가 공통 편광 필름의 구조와 유사하도록 작용하는 축에 평행하게 방향배열된다. 일단 스트레칭되면, 기판은 얇은 필름 내에서 결정화되고 그 후에 내포된 물이 증발한다.
형성된 편광층이 명암비, 화면각 및 신뢰도의 특성을 잘 나타내게 하는 것은실험적으로 결정되었다. (0.5-1.0 마이크론 정도의) 층 두께는 현저하게 감소되고 디바이스의 개선된 투과율을 얻을 수 있다.
액정 편광자를 이용하여 디바이스를 제조하는 제 1 기술은 편광층을 디바이스 플레이트의 외부 면에 제공하고 경화 래커(아크릴레이트)를 이용하여 보호하는 것을 포함한다.
한편, 제 2 제조 기술은 편광층을 플레이트의 내부 면에 제공하며, 이로 인해 추가의 보호층을 필요로하지 않고, 오히려 물질이 물에 용해되지 않는 "안정한" 상태를 가질 것이 요구된다.
산업적으로 유효하게 제조할 수 있기 위하여, 정렬층의 인쇄와 셀의 분리 이전에 하나의 일반적인 동작에서 편광층을 오리지널 유리 시트 위에 직접 제공할 수 있는 것으로 제조 사이클의 개선이 이루어진다.
개별 디바이스의 구성 셀을 분리하기 위한 절단 동작중에 한가지 단점이 발생하는데, 이는 절삭 부분 내에 존재하는 편광층은 편광자 구조물 내 국부적인 장력을 유발햐여 크랙 또는 표면적인 분쇄와 같은 불완전한 절단을 유발하기 때문이다.
셀을 분리하기 전에 유리 시트들을 함께 결합하는데 필요한 접착 에폭시 물질을 편광자 상에 제공하는 것이 곤란하고 불안정하기 때문에 또 다른 단점이 발생한다.
현재 이러한 단점은 물에 용해될 수 있는 물질의 특성을 개발하여 해결되었다. 균일하게 증착된 후에, 편광층은 형성될 디바이스의 디스플레이 영역들 사이의 분리 영역 내에서 마이크로 방울 단위로 물을 전달하고 후속하여 용해된 편광 물질에서 흡수되어 선택적으로 제거된다.
종래 프로세스는 전체 유리 시트를 전달 및 흡수 부재를 포함하고, 데카르트 좌표 로봇 머신 상에 장착된 프로브를 이용하여 스캐닝함으로써 선택적으로 제거하는 것을 포함한다. 진행 속도는 매우 느리고 (초당 약 20-25mm를 이동함) 이로 인해 백여개의 디바이스(이러한 디바이스는 통상적으로 400 ×400mm의 크기를 가짐)를 지닌 시트에 대해 오랜 작업 시간이 필요하게 된다. 대량 생산을 위해 다른 머신이 필요하고, 이는 제조 프로세스의 비용을 증가시킨다.
(예컨대 시트 상에 있는 디바이스의 디스플레이 영역의 한정 내에서) 제품 구성의 변화가 프로브의 대체와 축을 따라 새로운 배치 단계에 대한 머신의 기억을 위한 후속하는 설정 시간 경과를 포함한다는 사실로 인해 또 다른 단점이 존재한다.
더욱이, 데카르트-좌표 로봇 머신이 정밀하게 동작할 수 없는 시트의 주변 영역 내에서 초과하는 재료를 항상 수동으로 제거해야 한다.
어떠한 경우에도, 편광 물질의 제거는 안정화 이전에, 즉 아직 물에 용해되는 특성을 갖는 동안, 보존하는 것이 바람직한 부분에 손상을 주는 분명한 위험을 가지면서 층 상에서 작용함으로써 이루어진다.
본 발명은 청구범위 제 1 항에 따른 액정 디스플레이 제조 방법에 관한 것으로서, 특히 편광층이 셀 내부에서 형성되고 액정 물질을 증착하여 얻어지는 액정 디스플레이의 제조 방법에 관한 것이다.
도 1 내지 도 6은 다수의 디스플레이가 형성된 시트 상에 편광층을 제공하고 선택적으로 제거하는 연속적인 단계를 개략적으로 나타낸다.
본 발명은 이미 설명한 문제를 극복하는 방식으로 액정 디스플레이를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
특히, 본 발명의 목적은 액정 편광자의 층을 제공할 수 있는 대량 생산과 디바이스의 디스플레이 영역들 사이에서 분리 영역으로부터 빠르고, 정확하며 유효한 선택적 제거를 위한 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따라서 상기 목적은 청구범위 제 1 항의 특징을 갖는 액정 디스플레이를 제조하는 방법에 의해 이루어진다.
본 발명의 방법은 편광층 위의 보호 마스크("레지스트")로서, 덮이게 될 영역의 특정 구조물에 따라 이루어지는, 종래 폴리이미드 수지로 이루어진 정렬층의 제공을 개발한다는 사실에 의해 특징을 갖는다. 다음에, 편광층은 정렬층에 의해 마스크화되지 않은 노출된 영역 내에서 선택적으로 제거된다. 이러한 동작은 제조되는 제품이 위치하고 (액침 용기, 세척 스테이션, 건조 오븐과 같은) 영역 내에서 정상적으로 사용중인 장치를 개발할 수 있는 제조 영역 내 클린 룸에서의 작업을 포함한다. 정렬층의 동일한 인쇄 동작은 추가되지 않고, 오히려 프로세스에 의해 정상적으로 필요하며, 이에 따라 제조 흐름은 가중되거나 느려지지 않으며 새로운 머신이 필요하지 않다.
본 발명에 따른 방법에서, 편광층은 편광층이 제공된 후에 즉시 안정화되고(물에 용해되지 않고), 기본 용액 내에서 액침되어 제거가 이루어지고 세척에 의해서는 쉽게 제거되지 않는다. 바람직하게, 상기 용액은 디바이스의 영역들 사이에서 편광 물질의 고형 잔류물이 없는 선명한 분리 영역을 얻을 수 있으며, 이로 인해 완성된 제품의 내부에 의사(spurious) 입자의 형성을 방지한다.
또한 "에칭" 배스 내에 시트를 액침함으로써 노출된 편광 재료층을 선택적으로 제거하는 것은 시트 상에 존재하는 인쇄 잔류물을 제거할 수 있게 한다. 전체 프로세스는 제조 라인에서 수행되고 제조 라인을 통과하는 시간이 느려지지 않게 할 수 있어, 대량 생산에 더욱 적합하다.
본 발명의 추가의 특징과 장점은 첨부된 도면을 참조하여 제한적이지 않은 예를 이용한 실시예의 하기 설명에서 더 상세하게 설명된다.
도면에는 다수의 액정 디스플레이를 제조하고자 하는, 플레이트가 형성된 오리지널 유리 시트(10)가 도시되어 있다.
플레이트의 영역과 개별 디바이스의 디스플레이 영역의 한정뿐만 아니라 전극과 도전 경로의 형성은 당업계에 널리 알려진 동작이며 이들은 본 발명의 목적과 이해에 그 자체로 관련이 없기 때문에 본 명세서에서 설명하지 않는다.
전극을 형성한 후에, 액체 형태를 갖는 편광 물질로 이루어진 층(20)이 전체 시트(10) 위에 제공되고, 편광축(광의 전달축)을 결정하기 위해 미리-결정된 방향을 따라 분자 방향을 한정한다.
편광층(20)은 도 1에 도시되어 있다. 바람직하게, 편광층은 굵은(rough) 형태로 이미 전달된 소정량의 물질을 미리결정된 편광 방향을 따라 확산시킴으로써 (또는 유사한 기계적 스트레칭 작용에 의해) 수행된다. 확산은 닥터 블레이드의 한종류 또는 유사한 분배 툴을 사용하여 수행되며, 시트와 관련하여 슬라이딩 동작시 전체 시트(10)에 걸쳐 연장하는 충분한 길이를 갖는 블레이드는 물결무늬의 접촉 프로파일을 갖는다. 바람직한 실시예에서, 확산 툴은 강철 와이어가 나선형으로 감긴 원통형 막대로 이루어지며, 볼록부가 시트와 면하는 인접한 아치가 연속하는 일반적인 형태를 갖는 확산될 물질과의 접촉 프로파일을 갖는다.
가장 정밀한 증착 기술을 이용하여 층을 증착하는 것은 0.5-1 마이크론 정도로 결정화된 편광자의 두께를 얻을 수 있다.
후속하여, 구성된 편광자 층이 물에 용해되지 않게 하기 위하여, 시트(10)는 BaCl2의 수용액에 액침되고(도 2 참조), 탈이온화된 물 내에서 세척된다. 바람직하게 용액은 탈이온화된 H2O 내에서 BaCl2가 10%인 용액이다. 액침 상태는 잔류 습기를 제거하기 위해 정적 오븐 내에서 90℃에서 약 20분동안의 건조 상태(도 3 참조) 후에 이어진다.
편광층(20)의 안정화 동작의 마지막 단계에서 폴리이미드 수지의 정렬층은 디바이스의 디스플레이 영역(30)의 매트릭스를 한정하는 마스크를 이용하여 인쇄에 의해 편광층에 제공된다(도 4 참조). 편광층의 구조물을 갖는 정렬층은 추가로 편광층에 대한 보호성 마스크 또는 "레지스트"로서 기능한다.
마스크 기능 덕분으로, 편광자가 유지되어야 하는 각각의 소자의 디스플레이 영역(30)에 대응하는 시트(10)의 영역은 매우 정확하게 덮이게 되며, 인접하는 디스플레이 영역들 사이의 분리 영역은 노출된 채로 남아 있다.
편광층(20)은 NaOH의 수용액에서 시트(10)를 액침하고 두 개의 연속하는 헹굼 배스에서 탈이온수로 세척하여 정렬층에 의해 마스크화되지 않은 노출된 영역 내에서 선택적으로 제거된다. 바람직하게 용액은 탈이온화된 H2O 내에서 NaOH가 0.1%인 용액이며, 약 20초 동안 액침이 지속된다.
액침 상태는 잔류 습기를 제거하기 위해 정적 오븐 내에서 90℃로 약 20분 동안의 건조 상태(도 6) 후에 이어진다.
상기 설명한 모든 동작이 편광층 제공 상태에서 시트의 오염을 방지하는 클린 룸 내 제조 라인을 따라 수행된다.
이러한 동작의 마지막 단계에서, 본 명세서의 도입부에서 이미 설명한 것처럼 정렬층의 연마, 면하는 위치에서 시트들의 결합 및 개별 디바이스들을 구성하는 셀을 분리시키기 위한 절단에 의한 종래 처리 동작들이 수행된다. 다음에, 각각의 셀 상에서, 액정 유입, 각 제어 회로의 조립 및 제품의 최종 패키지화의 동작들이 공지된 기준에 따라 반복된다.
물론 본 발명의 원리는 변함없이, 구성물의 실시예와 세부사항은 설명되고 제한되지 않은 예에 의해 예시된 것으로부터 첨부된 청구항에 의해 한정된 본 발명의 보호 범위를 벗어나지 않으면서 폭넓게 변화될 수 있다.

Claims (10)

  1. 액정을 수용할 수 있는 셀을 형성하도록 결합된 한 쌍의 면하는 플레이트, 및 상기 플레이트들과 관련하여 각각 한 쌍의 편광층을 포함하고, 다수의 상기 플레이트가 오리지널 시트(10)로부터 시작하여 형성된 액정 디스플레이를 제조하기 위한 방법으로서,
    액정 편광 물질의 증착 및 편광축을 결정하기 위해 상기 물질의 분자 방향배열(orientation)에 의해 편광층(20)을 제공하는 단계;
    상기 디바이스의 디스플레이 영역에 실질적으로 대응하는 미리결정된 구조물에 따라 결정화된 상기 편광층(20) 위로 폴리이미드 수지로 이루어진 정렬층을 제공하는 단계; 및
    후속하여 상기 정렬층에 의해 마스크화되지 않은 상기 디바이스의 디스플레이 영역(30)들 사이의 상기 분리 영역으로부터 상기 편광층(20)의 노출된 부분을 선택적으로 제거하는 단계를 포함하며,
    상기 동작들은 면하는 위치에서 한 쌍의 시트(10)를 결합하고 후속하여 상기 개별 셀들을 분리하는 동작 이전에 수행되는 액정 디스플레이 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 편광층(20)의 노출된 부분을 선택적으로 제거하는 단계는 NaOH의 수용액에서 상기 시트(10)를 액침(immersion)하고 후속하여 적어도 한 번 세척함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서, 상기 NaOH 수용액은 탈이온화된 H2O 내에 NaOH가 0.1%인 수용액인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서, 상기 액침 상태는 약 20초 동안 지속되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 제조 방법.
  5. 제 2 항에 있어서, 상기 액침 상태 및 세척 상태는 90℃에서 약 20분 동안의 건조 상태 후에 이어지는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 제조 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 편광 액정 물질은 수용성이며, 상기 정렬층을 제공하는 동작은 상기 물질이 비수용성이 안되도록 상기 편광층(20)을 구성하는 결정화된 상기 물질의 안정화 동작에 의해 수행되고, 상기 안정화 동작은 BaCl2의 수용액 내에 상기 시트(10)를 액침하고 후속하여 세척하는 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서, 상기 BaCl2의 수용액은 탈이온화 H2O 내에서 BaCl2가 10%인 용액인 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 제조 방법.
  8. 제 6 항에 있어서, 상기 안정화 동작은 상기 액침 및 세척 상태 후에 90℃에서 약 20분 동안의 건조 상태를 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 정렬층을 제공하는 동작은 상기 디바이스의 디스플레이 영역(30)을 한정하기 위해 마스크를 이용한 인쇄에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서, 증착 동작 및 상기 편광층(20)을 구성하는 상기 편광 액정 물질의 분자의 방향배열 동작은 상기 편광 방향을 따라 굵은 형태로 이미 전달된 소정량의 물질을 확산시킴으로써 함께 영향 받으며, 상기 확산은 상기 확산의 방향에 직교하고 길이 방향의 섹션으로 물결무늬 프로파일을 갖는 막대 형태의 툴을 이용하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이 제조 방법.
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