JP2015011350A - 液晶高分子組成物、液晶表示装置、及びその製造方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】液晶セルギャップを維持し、シール破れなどの問題が解決できる液晶高分子組成物、これを含む液晶表示装置、及びその製造方法を提供する。
【解決手段】液晶と、環状構造を含むアクリル系モノマーグループ（Ａ）と鎖状構造またはシクロヘキサノールを含むアクリル系モノマーグループ（Ｂ）とを含むアクリル系モノマーと、光開始剤と、を含む液晶高分子組成物。
【選択図】なし

Description

本出願は、２０１３年６月２８日付で出願された韓国出願番号１０−２０１３−００７６０５０に対し、優先権の利益を主張し、この出願は本明細書に参照として併合される。
本発明は液晶表示装置に関し、より詳しくは、隔壁の接着力を向上させて液晶セルギャップの変動による不良を防止し、信頼性に優れる液晶高分子組成物、これを含む液晶表示装置及びその製造方法に関する。
情報化社会が発展するにつれて、表示装置に対する要求も多様な形態に漸増しており、これに応じて近来には液晶表示装置（Liquid Crystal Display；ＬＣＤ）、プラズマディスプレイ（Plasma Display Panel；ＰＤＰ）、有機発光素子（Orginic light emitting diode；ＯＬＥＤ）など、多様な平板表示装置が研究されてきたし、一部は既にさまざまな装備で表示装置として活用されている。
そのうち、画質に優れ、軽量、薄型、低消費電力の長所を有する液晶表示装置が最も多く使われており、ノートブックコンピュータのモニタのような移動型の用途の他にも放送信号を受信してディスプレイするテレビジョン及びコンピュータのモニタなどに多様に開発されている。
一般的な液晶表示装置は、薄膜トランジスタ及び電極が形成された薄膜トランジスタアレイ基板と、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタが形成されたカラーフィルタ基板と、これらの間に注入された液晶層とから構成される。このような液晶表示装置は、電極の間の電界により液晶層の液晶が配向され、液晶の配向程度によって液晶層を透過する光量を調節して画像を表現することができる。このように形成される液晶表示装置の薄膜トランジスタアレイ基板とカラーフィルタアレイ基板との間には液晶層が形成される一定の間隔を維持するために隔壁が形成される。隔壁は薄膜トランジスタアレイ基板の製造工程で形成されて、一定高さを有する柱形態に固定されて形成される。
最近、基板の材料がガラスから柔軟なプラスチックに移る趨勢である。基板をプラスチックに変える場合には、液晶のセルギャップが維持されず、液晶の偏りによるシール（Seal）破れなどの問題が発生している。プラスチック基板は、ガラスとは異なり、剛性が劣るので、上板と下板との間を取って置き、液晶の偏りを止める壁が必要であるが、現在の構造上、これを解決することは不可能であるという問題点がある。
本発明は、液晶セルギャップを維持し、シール破れなどの問題が解決できる液晶高分子組成物、これを含む液晶表示装置、及びその製造方法を提供する。
本発明に従う好ましい実施形態を添付の図面を参照しつつ詳細に説明する。また、以下の説明では具体的な特定の事項が表れているが、これは本発明のより全般的な理解を助けるために提供されたものである。
本発明の多様な構造の液晶表示装置を示す図である。 本発明の多様な構造の液晶表示装置を示す図である。 本発明の多様な構造の液晶表示装置を示す図である。 本発明の多様な構造の液晶表示装置を示す図である。 本発明の多様な構造の液晶表示装置を示す図である。
本発明の一実施形態に従う液晶表示装置の製造方法を工程別に示す図である。
本発明の実施形態１に従ってイソデシルアクリレートとイソボニルアクリレートを使用して製造した隔壁を示すイメージである。
本発明の実施形態１に従って３,３,５トリメチルシクロヘキサノールアクリレートとイソボニルアクリレートとを使用して製造した隔壁を示すイメージである。
本発明の実施形態１に従ってオクチルデシルアクリレートとイソボニルアクリレートとを使用して製造した隔壁を示すイメージである。
本発明の実施形態１に従ってトリデシルアクリレートとイソボニルアクリレートとを使用して製造した隔壁を示すイメージである。
本発明の実施形態１に従って２−エチルヘキシルアクリレートとイソボニルアクリレートとを使用して製造した隔壁を示すイメージである。
本発明の実施形態２に従って製造した隔壁を示すイメージである。
本発明の実施形態３に従う残留モノマーの含量を示すグラフである。
本発明の実施形態３に従うＵＶ露光温度によって製造した隔壁を示すイメージである。
本発明の実施形態３に従ってＵＶ露光温度が３５度、４５度、及び５５度の時の製造した隔壁を示すイメージである。
本発明の実施形態３に従ってＵＶ露光温度が３５度、４５度、及び５５度の時の製造した隔壁のモジュラスを測定して示すグラフである。
本発明の実施形態４に従って1次ＵＶ照射後、常温放置し、２次ＵＶ照射後の隔壁を示すイメージである。
本発明の実施形態４に従って1次ＵＶ照射し、次に２次ＵＶ照射後の隔壁を示すイメージである。
本発明の実施形態５に従ってＵＶ照射直後の液晶層とＵＶ照射後の３時間後の液晶層とを示すイメージである。
本発明の実施形態６に従って２次ＵＶ照射条件に従う液晶層の残留モノマー含量を示すグラフである。
本発明の実施形態７に従って接着力テストの結果を示すグラフである。
本発明の実施形態８に従って製造した液晶表示装置の隔壁を示すイメージである。
以下、本発明の好ましい実施形態を、添付した図面を参照してより詳細に説明する。図面中、同一の構成要素はできる限り同一の符号により表していることに留意しなければならない。また、本発明の要旨を曖昧にする公知機能及び構成に対する詳細な説明は省略する。
図２は本発明の一実施形態に従う表示装置を示す断面図であり、図３は一実施形態に従う立体映像表示装置を模式化した図である。以下、本発明の表示装置の例に有機電界発光表示装置を説明するが、本発明はこれに限定されず、液晶表示装置、電界放出表示装置、プラズマディスプレイパネルなどの平面形表示装置に全て適用可能である。
図２を参照すると、本発明の一実施形態に従う有機電界発光表示装置１００は、下部基板１１０の上にゲート電極１１５が位置し、ゲート電極１１５の上にゲート電極１１５を絶縁させるゲート絶縁膜１２０が位置する。ゲート電極１１５と対応するゲート絶縁膜１２０の上に半導体層１２５が位置する。半導体層１２５の上に半導体層１２５と電気的に連結されるソース電極１３０ａ及びドレイン電極１３０ｂが位置する。
本発明の一実施形態に従う液晶高分子組成物は、液晶、環状構造を含むアクリル系モノマーグループ（Ａ）と鎖状構造またはシクロヘキサノールを含むアクリル系モノマーグループ（Ｂ）とを含むアクリル系モノマー、及び光開始剤を含む。
本発明の液晶高分子組成物に使われる液晶は、ネマチック、スメクチック、またはコレステリック液晶を使用することができ、液晶の種類は特別に限定されない。
本発明のアクリル系モノマーは、環状構造を含むアクリル系モノマーグループ（Ａ）と、鎖状構造またはシクロヘキサノールを含むアクリル系モノマーグループ（Ｂ）とを含む。ここで、環状構造を含むアクリル系モノマーグループ（Ａ）はイソボニルアクリレート（isobornyl acrylate）またはイソボニルメタアクリレート（isobornyl methacrylate）を含む。環状構造を含むアクリル系モノマーグループ（Ａ）は硬化して隔壁の剛性を与える役割をする。
＜isobornyl acrylate＞
＜isobornyl methacrylate＞
また、鎖状構造またはシクロヘキサノールを含むアクリル系モノマーグループ（Ｂ）は、２−メチルヘプチルアクリレート（2-methylheptyl acrylate）、イソデシルアクリレート（isodecyl acrylate）、オクチルデシルアクリレート（octyldecyl acrylate）、トリデシルアクリレート（tridecyl acrylate）、２−エチルヘキシルアクリレート（2-ethylhexyl acrylate）、及びラウリルアクリレート（lauryl acrylate）からなる群から選択されたいずれか１つ以上を含む。鎖状構造またはシクロヘキサノールを含むアクリル系モノマーグループ（Ｂ）は隔壁のパターン性を与える役割をする。
＜2-methylheptyl acrylate＞
＜isodecyl acrylate＞
＜3,3,5 trimethyl cyclohexanol acrylate＞
＜octyldecyl Acrylate＞
＜tridecyl acrylate＞
＜２-ethylhexyl acrylate＞
＜lauryl Acrylate＞
前述したアクリル系高分子はＵＶ照射時に液晶とアクリル系モノマーとが相分離を起こしてアクリル系モノマーが硬化して接着層が形成される。また、液晶高分子組成物に対してアクリル系高分子の含量が少量だけ入るので、硬化されず、残留するモノマーが少なくて信頼性の面でも優れる。
本発明の液晶高分子組成物は、光開始剤を含む。光開始剤はフリーラジカル系、陽イオン系などの光開始剤を全て使用することができ、具体的な例には、２−ベンジル−ジメチルアミノ−１−（４−モルホリノフェニル）−ブタノン−１（2-benzyl-2-dimethylamino-1-（4-morpholinophenyl）-butanone-1）、フェニルビス（２,４,６−トリメチルベンゾイル）−ホスフィンオキシド）（phenylbis（2,4,6-trimethylbenzoyl）-phosphine oxide）、ビス（．エタ．５−２,４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２,６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウム（bis（.eta. 5-2, 4-cyclopentadien-1-yl）-bis（2,6-difluoro-3-（1H-pyrrol-1-yl）-phenyl）titanium）、ビス（２,４,６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキシド（bis（2,4,6-trimethylbenzoyl）-phenylphosphineoxide）、２−ジメチルアミノ−２−（４−メチル−ベンジル）−１−（４−モルホリン−４−フェニル）−ブタン−１−オン（2-Dimethylamino-2-（4-methyl-benzyl）-1-（4-morpholin-4-yl-phenyl）-butan-1-one）、２−ヒドロキシ−１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−メチル−１−プロパン（2-Hydroxy-1-[4-（2-hydroxyethoxy）phenyl]-2-methyl-1-propanone）、１−［９−エチル−６−（２−メチルベンゾイル）−９Ｈカルバゾール−３−イル］−、１−（０−アセチルオキシム）（1-[9-ethyl-6-（2-methylbenzoyl）-9Hcarbazol-3-yl]-、1-（O-acetyloxime））、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン（1-Hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone）、オキシ−フェニル−酢酸２−［２オキソ−２フェニルーアセトキシ−エトキシ］−エチルエステル（oxy-phenyl-acetic acid 2-[2 oxo-2 phenyl-acetoxy-ethoxy]-ethyl ester）、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−（４−モルホリニル）−１−プロパノン（2-Methyl-1-[4-（methylthio）phenyl]-2-（4-morpholinyl）-1-propanone）、２,４,６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド（2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide）、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オン（2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one）、及び２,２−ジメトキシ−１,２−ジフェニルエタン−１−オン（2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-one）からなる群から選択されたいずれか１つ以上でありうる。
本発明の液晶高分子組成物は、液晶、アクリル系モノマー、及び光開始剤が一定含量割合で組成される。液晶とアクリル系モノマーとの含量割合は８：２から９：１でありうる。ここで、液晶とアクリル系モノマーとの含量割合８：２のうち、アクリル系モノマーの含量が２以下であれば、液晶層の内に硬化されていない残留モノマーによって液晶駆動の信頼性が低下することを防止することができ、液晶とアクリル系モノマーの含量割合９：１のうち、アクリル系モノマーの含量が１以上であれば、アクリル系モノマーで形成される隔壁の信頼性が向上する。
また、アクリル系モノマーのうち、環状構造を含むアクリル系モノマーグループ（Ａ）と鎖状構造またはシクロヘキサノールを含むアクリル系モノマーグループ（Ｂ）との含量割合は８：２から９：１でありうる。ここで、環状構造を含むアクリル系モノマーグループ（Ａ）は隔壁の剛性を与え、鎖状構造またはシクロヘキサノールを含むアクリル系モノマーグループ（Ｂ）はパターン性を与えるものであって、これらの含量割合が適切に調節されなければならない。
また、アクリル系モノマーと光開始剤との含量割合は７：３から９：１でありうる。光開始剤の含量が少なければモノマーが未反応で残留し、光開始剤の含量が多ければ光開始剤が未反応で残留するので、アクリル系モノマーと光開始剤の残留物が残っていない範囲でこれらの含量割合が適切に調節されなければならない。
前述した本発明の液晶高分子組成物は、液晶表示装置に注入されて液晶と隔壁を形成することに使われる。以下、液晶高分子組成物で形成された液晶表示装置及びその製造方法について説明する。
図１から図５は、本発明の多様な構造の液晶表示装置を示す図である。以下、図１を参照して液晶表示装置の基本構成要素について説明し、図２から図５に対しては図１と異なる構成要素に対してのみ説明する。
図１を参照すると、本発明の液晶表示装置１００は、下部基板１１５の上にゲートライン１２０が位置する。ゲートライン１２０は、その自体でゲート電極として作用する。ゲートライン１２０の上にゲート絶縁膜１２５が位置し、ゲートライン１２０に対応する領域に半導体層１３０が位置する。半導体層１３０の両側にソース電極１３５ａとドレイン電極１３５ｂが各々接続し、これらを覆う保護膜１４０が位置する。
保護膜１４０を含む下部基板１１５の上にドレイン電極１３５ｂを露出するコンタクトホール１５５が形成された有機絶縁膜１５０が位置し、有機絶縁膜１５０の上に画素電極１６０が位置する。画素電極１６０は、コンタクトホール１５５を通じてドレイン電極１３５ｂと連結される。画素電極１６０を含む下部基板１１５の上にパッシベーション膜１６５が位置し、パッシベーション膜１６５の上に画素電極１６０と対応する共通電極１７０が位置する。下部基板１１５から共通電極１７０までを含んで薄膜トランジスタアレイ基板１１０が構成される。
一方、薄膜トランジスタアレイ基板１１０の上には上部基板２１５が位置する。上部基板２１５の上にブラックマトリックス２２０が位置し、これらの間にＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ２２５が位置する。そして、ブラックマトリックス２２０及びカラーフィルタ２２５を覆うようにオーバーコート層２３０が位置してカラーフィルタアレイ基板２１０が構成される。上記薄膜トランジスタアレイ基板１１０とカラーフィルタアレイ基板２１０との間には液晶層１８０が位置し、液晶層１８０のギャップ（gap）を維持するための隔壁１８５が位置して本発明の液晶表示装置１００を構成する。前述した液晶表示装置１００の液晶層１８０及び隔壁１８５は前述した本発明の液晶高分子組成物により製造される。詳細な製造工程は後述する。
一方、本発明の隔壁１８５は薄膜トランジスタアレイ基板１１０とカラーフィルタアレイ基板２１０との間の平らな面に各々接触している。しかしながら、本発明の隔壁１８５は他の接触構造からなることもできる。
図２を参照すると、隔壁１８５はパッシベーション膜１６５に形成された第３溝２５０と第４溝２６０に接触する構造からなる。より詳しくは、下部基板１１５の上に形成された有機絶縁膜１５０にコンタクトホール１５５を形成する過程で第１溝２４０が形成される。第１溝２４０は、ゲートライン１２０に対応するように形成する。そして、有機絶縁膜１５０の上にシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）がＣＶＤで蒸着されてパッシベーション膜１６５が形成されれば、パッシベーション膜１６５が下部段差に沿って形成されて第３溝２５０及び第４溝２６０が形成される。したがって、後続工程である液晶高分子組成物にＵＶが照射されれば、第３溝２５０と第４溝２６０に接触しながら隔壁１８５が形成される。
また、図３を参照すると、前述した図２の構造に加えて、カラーフィルタアレイ基板２１０のオーバーコート層２３０に形成された第５溝２８０に隔壁１８５が接触する構造で形成される。第５溝２８０は、前述した第１溝２４０と対応する領域に位置する。したがって、隔壁１８５はカラーフィルタアレイ基板２１０の第５溝２８０、薄膜トランジスタアレイ基板１１０の第３溝２５０と第４溝２６０に接触しながら隔壁１８５が形成される。
一方、図４を参照すると、隔壁１８５はパッシベーション膜１６５に形成された第３溝２５０、第４溝２６０、及び第６溝２７０に接触する構造からなる。より詳しくは、下部基板１１５の上に形成された有機絶縁膜１５０にコンタクトホール１５５を形成する過程で第１溝２４０と第２溝２４５が形成される。第１溝２４０は、ゲートライン１２０に対応するように形成し、第２溝２４５はゲートライン１２０と並んで形成する。そして、有機絶縁膜１５０の上にシリコン窒化物（ＳｉＮｘ）がＣＶＤで蒸着されてパッシベーション膜１６５が形成されれば、パッシベーション膜１６５が下部段差に沿って形成されて第３溝２５０、第４溝２６０、及び第６溝２７０が形成される。したがって、後続工程である液晶高分子組成物にＵＶが照射されれば第３溝２５０、第４溝２６０、及び第６溝２７０に接触しながら隔壁１８５が形成される。
また、図５を参照すると、前述した図４の構造に加えて、カラーフィルタアレイ基板２１０のオーバーコート層２３０に形成された第５溝２８０に隔壁１８５がさらに接触する構造で形成される。第５溝２８０は、前述した第１溝２４０と対応する領域に位置する。したがって、隔壁１８５はカラーフィルタアレイ基板２１０の第５溝２８０、薄膜トランジスタアレイ基板１１０の第３溝２５０、第４溝２６０、及び第６溝２７０に接触しながら隔壁１８５が形成される。
前述したように、本発明の一実施形態に従う液晶表示装置は液晶高分子組成物にＵＶを照射して隔壁を形成し、かつ隔壁が形成される領域に複数の溝を備えて隔壁が接触する有効面積を広げて隔壁の接着力を向上させる。
上記のような構造の液晶表示装置の製造方法を図６ａから図６ｆを参照して説明する。以下、前述した多様な構造の液晶表示装置のうち、全ての工程が含まれた図５の構造を例として説明する。
図６ａを参照すると、第１支持基板５０の上に下部基板１１５を形成する。第１支持基板５０はガラス基板であり、下部基板１１５はポリイミド（ＰＩ）からなる。下部基板１１５の上にゲートライン１２０を形成する。ゲートライン１２０は、アルミニウム（Ａｌ）、モリブデン（Ｍｏ）、タングステン（Ｗ）、チタニウム（Ｔｉ）、またはこれらの合金からなる単一層であることがあり、モリブデン／アルミニウム／モリブデン（Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏ）またはチタニウム／アルミニウム／チタニウム（Ｔｉ／Ａｌ／Ｔｉ）の多重層に形成できる。ゲートライン１２０の上にゲート絶縁膜１２５を形成する。ゲート絶縁膜１２５は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、またはこれらの積層構造からなることができる。
ゲート絶縁膜１２５の上に半導体層１３０を形成する。半導体層１３０は、非晶質シリコン層、非晶質シリコン層を結晶化した多結晶シリコン層、または金属酸化物からなる酸化物半導体からなることができる。半導体層１３０の両側にソース電極１３５ａ及びドレイン電極１３５ｂを形成する。ソース電極１３５ａ及びドレイン電極１３５ｂは、前述したゲートライン１２０と同一な材料からなることができる。ソース電極１３５ａ及びドレイン電極１３５ｂの上に保護膜１４０を形成する。保護膜１４０は、シリコン酸化物（ＳｉＯｘ）、シリコン窒化物（ＳｉＮｘ）、またはこれらの積層構造からなることができる。
次に、図６ｂを参照すると、保護膜１４０が形成された下部基板１１５の上に有機絶縁膜１５０を形成し、有機絶縁膜１５０の上にフォトレジスト（ＰＲ）を用いたフォトリソグラフィ法によりコンタクトホール１５５、第１溝２４０、及び第２溝２４５を形成する。有機絶縁膜１５０は、ポリイミド（polyimide）、ベンゾシクリブテン系樹脂（benzocyclobutene series resin）、アクリレート（acrylate）などの有機物からなることができる。この際、コンタクトホール１５５はドレイン電極１３５ｂを露出するように形成し、第１溝２４０はゲートライン１２０に対応する領域に形成し、第２溝２４５は第１溝２４０と並んで形成する。
次に、図６ｃを参照すると、コンタクトホール１５５、第１溝２４０、及び第２溝２４５が形成された有機絶縁膜１５０の上に画素電極１６０を形成する。画素電極１６０は、ＩＴＯ、ＩＺＯなどの透明導電膜で形成することができる。画素電極１６０が形成された下部基板１１５の上にパッシベーション膜１６５を形成する。パッシベーション膜１６５は、シリコン酸化物またはシリコン窒化物をＣＶＤで蒸着するので、下部の段差に沿って形成するようになる。したがって、パッシベーション膜１６５は下部の有機絶縁膜１５０に形成された第１溝２４０に対応する第４溝２５０が形成され、第２溝２４５に対応する第６溝２７０が形成され、コンタクトホール１５５に対応する第４溝２６０が形成される。次に、パッシベーション膜１６５の上に画素電極１６０と対応する共通電極１７０を形成して薄膜トランジスタアレイ基板１１０を形成する。
次に、図６ｄを参照すると、第２支持基板６０の上に上部基板２１５を形成し、上部基板２１５の上にブラックマトリックス２２０をパターニングして形成する。そして、ブラックマトリックス２２０により区画された画素領域にＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタ２２５を形成し、その上部にオーバーコート層２３０を形成する。オーバーコート層２３０の一部領域、即ち、ゲートラインと対応する領域をパターニングして第５溝２８０を形成してカラーフィルタアレイ基板２１０を形成する。
次に、図６ｅを参照すると、製造された薄膜トランジスタアレイ基板１１０とカラーフィルタアレイ基板２１０とを合着し、これらの間に前述した本発明の液晶高分子組成物を注入して液晶層１８０を形成してセル（cell）を形成する。この際、液晶高分子組成物は、液晶、環状構造を含むアクリル系モノマーグループ（Ａ）、鎖状構造またはシクロヘキサノールを含むアクリル系モノマーグループ（Ｂ）とを含むアクリル系モノマー、及び光開始剤を含む。
上記液晶高分子組成物の注入が終わった後、カラーフィルタアレイ基板２１０の上で液晶層１８０にＵＶ（ultra violet）を照射する。ＵＶ照射時に液晶高分子組成物で液晶とアクリル系モノマーとが相分離を起こしてアクリル系モノマーが硬化して隔壁を形成するようになる。したがって、図６ｆに示すように、ＵＶが照射される領域に隔壁１８５が形成され、カラーフィルタアレイ基板２１０の第５溝２８０、薄膜トランジスタアレイ基板１１０の第３溝２５０、第４溝２６０、及び第６溝２７０に接触しながら隔壁１８５が形成される。その後、第１支持基板５０及び第２支持基板６０を除去した。
ここで、上記ＵＶ照射は１次ＵＶ照射ステップ、常温放置ステップ、及び２次ＵＶ照射ステップを含む。１次ＵＶ照射ステップは、アクリル系モノマーを相分離させるための工程であって、１から２０ｍＷの照度で５から６０分間ＵＶを照射して遂行される。この際、ＵＶ照射のためのランプは公知のＵＶランプを使用し、かつ好ましくは、水銀ランプを使用する。また、ＵＶ照射時、照度は１から２０ｍＷで遂行される。ここで、照度が１ｍＷ以上であれば、相分離が起こって硬化する時間を短縮させることができ、照度が２０ｍＷ以下であれば、相分離される前に硬化が起こってパターン性が低下することを防止することができる。
常温放置ステップは、１次ＵＶ照射ステップが終わった後、アクリル系モノマーの相分離と硬化が続けて起こるように放置する工程である。この際、放置時間は６０から２００分間遂行できる。ここで、放置時間が６０分以上であれば、隔壁のパターン性を向上させ、放置時間が２００分以下であれば、モノマー同士丸く固まることを防止することができる。
２次ＵＶ照射ステップはアクリル系モノマーの硬化を完了させる工程であって、５０から１５００ｍＷの照度で１から２０分間遂行される。２次ＵＶ照射ステップでも水銀ランプを使用することが好ましい。ここで、２次ＵＶ照射時間は１から２０分間遂行されるが、１分以上であれば、硬化されず、液晶層に存在する残留モノマーを減少させることができ、２０分以下であれば、モノマーを完全硬化させ、タクトタイム（tact time）を減らすことができる。この際、２次ＵＶ照射ステップで温度は６０度以下に維持してモノマーが熱により損傷されて隔壁が変形されることを防止する。
前述したように、本発明のＵＶ照射ステップは１次ＵＶ照射ステップ、常温放置ステップ、及び２次ＵＶ照射ステップで遂行される。それぞれのステップでＵＶ照度や照射時間を記載したが、本発明はこれに限定されず、ＵＶ照射条件によって照射時間などが変わることもある。
したがって、カラーフィルタアレイ基板２１０と薄膜トランジスタアレイ基板１１０との間を隔壁１８５が接着しながら支持することによって、液晶セルギャップを維持し、シール破れなどの問題を防止することができる利点がある。
以下、本発明の理解を助けるために好ましい実施形態を開示する。但し、下記の実施形態は本発明を例示するものであり、本発明が以下の実施形態に限定されるものではない。
実施形態１：アクリル系高分子材料に従う隔壁の評価
２枚の基板の間に液晶高分子組成物を注入して液晶セルを製造した。この際、液晶高分子組成物には液晶の他にアクリル系高分子と光開始剤の材料を各々変えており、アクリル系高分子のうち、環状構造を含むアクリル系モノマーグループ（Ａ）と鎖状構造またはシクロヘキサノールを含むアクリル系モノマーグループ（Ｂ）との含量割合、液晶とアクリル系高分子との含量割合、及びアクリル系高分子と光開始剤との含量割合を各々異にした。そして、液晶セルにＵＶを１７．６ｍＷの照度で約１０分間照射して液晶とアクリル系高分子とを相分離させて隔壁を製造した。
ここで、アクリル系高分子にイソデシルアクリレートとイソボニルアクリレートを使用して製造した隔壁を図７ａから図７ｄに示し、３，３，５トリメチルシクロヘキサノールアクリレートとイソボニルアクリレートとを使用して製造した隔壁を図８ａから図８ｄに示し、オクチルデシルアクリレートとイソボニルアクリレートとを使用して製造した隔壁を図９ａから図９ｄに示し、トリデシルアクリレートとイソボニルアクリレートとを使用して製造した隔壁を図１０ａから図１０ｄに示し、２−エチルヘキシルアクリレートとイソボニルアクリレートとを使用して製造した隔壁を図１１ａから図１１ｄに示している。
図７ａから図１１ｄで使われた略字は以下の＜表１＞で整理しており、それぞれの数字は含量割合を表し、光開始剤の含量はアクリル系モノマーの含量対比１０％、２０％、３０％に異にした。
図７ａから図１１ｄを参照すると、それぞれのアクリル系モノマーの材料と含量割合、液晶とアクリル系モノマーの含量割合、光開始剤の材料と含量割合によって隔壁の形成に影響を及ぼすことを表している。
実施形態２：光開始剤の含量に従う隔壁の評価
２枚の基板の間に液晶高分子組成物を注入して液晶セルを製造した。この際、液晶高分子組成物には液晶、アクリル系高分子にイソボニルメタクリレートとイソデシルアクリレートとを使用し、光開始剤に２,２−ジメトキシ−１,２−ジフェニルエタン−１−オンを使用した。ここで、アクリル系高分子の含量割合は９：１に、液晶とアクリル系高分子との含量割合は８．５：１．５に固定し、光開始剤の含量割合をアクリル系高分子の含量に対して０．０５％から１．５％まで各々変えて隔壁を製造したものであり、これを図１２ａに示している。また、光開始剤含量を０．５％に固定した状態で、液晶とアクリル系高分子との含量割合を６．５：３．５から９：１まで各々変えて隔壁を製造したものであり、これを図１２ｂに示している。
図１２ａを参照すると、光開始剤の含量が０．０５％、０．１％、及び０．１５％の場合には、隔壁が未硬化であることを確認した。また、図１２ｂを参照すると、液晶とアクリル系高分子との含量割合が６．５：３．５と７．５：２．５の場合に、隔壁が未硬化であることを確認し、８．５：１．５の割合が最適であることを確認した。
実施形態３：ＵＶ照度及び露光時間に従うアクリル系モノマーの残留量の評価
２枚の基板の間に液晶高分子組成物を注入して液晶セルを製造した。この際、液晶高分子組成物には液晶、アクリル系高分子にメチルヘプチルアクリレートとイソボニルメタクリレートとを使用し、光開始剤に２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オンを使用した。そして、ＵＶ照度及び硬化時間を変えて隔壁を製造した後、液晶層に残留するアクリル系モノマーの含量を測定して図１３ａ及び図１３ｂに示しており、ＵＶ露光温度を変えながら測定して図１４ａ及び図１４ｂに示している。また、露光温度が３５度、４５度、及び５５度の時の隔壁を図１５ａから図１５ｃに示しており、モジュラス（modulus）を測定して図１６及び＜表２＞に示している。
ここで、図１４ａ及び図１４ｂにおいて、減少率（％）は（（１−＃２）／＃１）×１００で計算した。＃１条件はＵＶ照度が１７．６ｍＷであり、３０分間マスクでマスキングしてＵＶを照射し、＃２条件はＵＶ照度が１７．６ｍＷであり、３０分間マスクでマスキングしてＵＶを照射した後、全体面にＵＶを３０分間追加して照射した。
まず、図１３ａ及び図１３ｂを参照すると、低いＵＶ照度では転換割合（conversion ratio）が高まって残留モノマーが減ることを確認した。そして、図１４ａ及び図１４ｂを参照すると、照射温度に従う残留モノマーは特別な変化がなかった。そして、ＵＶ硬化条件（＃１、＃２）に従う残留モノマーの含量分析結果、全体面にＵＶ照射を追加した＃２条件が＃１条件対比６０〜７０％減少したことを確認した。
そして、図１５ａから図１５ｃ、図１６、及び＜表２＞を参照すると、ＵＶ照射温度によって隔壁のパターン性は４５度で最適のテックスチャを表すことを確認したものであり、同一条件で最も高いモジュラス値を表した。モジュラス値の増加は外部温度の増加によってモノマーの拡散エネルギーが高まって架橋密度（cross-linking density）が高まることを確認した。一方、５５度以後には架橋より拡散エネルギーが高いので、隔壁の密度がむしろ低くなることを確認した。
実施形態４：製造方法に従うアクリル系モノマー残留量の評価
前述した実施形態３と同一な組成の液晶高分子組成物で液晶層を形成した。そして、以下の方法により各々隔壁を形成した。
第１方法（＃１）：セルをマスクでマスキングした後、水銀ランプ１０ｍＷの照度で５分間ＵＶを照射して１次ＵＶ照射し、常温に６０分間放置した。次に、マスクを除去した後、１０００ｍＷの照度で５分間セル全面にＵＶを照射して２次ＵＶ照射した。この際、１次ＵＶ照射後、常温放置後、２次ＵＶ照射後の隔壁のイメージを図１７ａから図１７ｃに示し、１次ＵＶ照射後及び２次ＵＶ照射後の残留モノマー含量を以下の＜表３＞に示している。
第２方法（＃２）：セルをマスクでマスキングした後、水銀ランプ１７．６ｍＷの照度で３０分間ＵＶを照射して１次ＵＶ照射し、マスクを除去した後、１７．６ｍＷの照度で３０分間セル全面にＵＶを照射して２次ＵＶ照射した。この際、１次ＵＶ照射後と２次ＵＶ照射後の隔壁のイメージを図１８ａ及び図１８ｂに示し、１次ＵＶ照射後及び２次ＵＶ照射後の残留モノマー含量を以下の＜表３＞に示している。
上記＜表３＞、図１８ａ、及び図１８ｂを参照すると、第２方法（＃２）により形成された隔壁はパターン性が良好ではなく、液晶層の残留モノマーの含量が約０．５２％であった。一方、図１７ａから図１７ｃを参照すると、第１方法（＃１）により形成された隔壁はパターン性が顕著に向上したものであり、液晶層の残留モノマーの含量が０．５１％であった。これを通じて、第１方法（＃１）による隔壁の製造方法は隔壁のパターン性に優れ、タクトタイムも減少させることができることを確認した。
実施形態５：１次ＵＶ照射時、照射エネルギーに従う露光直後と、露光後の３時間後の液晶層のイメージの観察
前述した実施形態３と同一な組成の液晶高分子組成物で液晶層を形成し、以下の方法によりＵＶを照射した。
第１方法：セルをマスクでマスキングした後、水銀ランプ８ｍＷの照度でＵＶ照射エネルギーを２．４Ｊ、４．８Ｊ、及び７．２Ｊに変えて１次ＵＶ照射した。
第２方法：セルをマスクでマスキングした後、水銀ランプ１６ｍＷの照度でＵＶ照射エネルギーを４．８Ｊ、９．６Ｊ、及び１４．４Ｊに変えて１次ＵＶ照射した。
第３方法：セルをマスクでマスキングした後、水銀ランプ２２ｍＷの照度でＵＶ照射エネルギーを６．６Ｊ、１３．２Ｊ、及び１９．８Ｊに変えて１次ＵＶ照射した。
前述した第１から第３方法によりＵＶ照射直後の液晶層と、ＵＶ照射後の３時間後の液晶層のイメージを図１９ａから図１９ｃに各々示している。図１９ａから図１９ｃを参照すると、ＵＶ照射エネルギーによって露光直後より露光後の３時間が経った後に隔壁がパターン化されていることを示す。即ち、ＵＶ露光後、一定時間常温にセルを放置すれば、モノマーと液晶との相分離を効率的に進行させることができることを確認した。
実施形態６：１次ＵＶ照射後、２次ＵＶ照度に従う残留モノマー含量の評価
前述した実施形態３と同一な組成の液晶高分子組成物で液晶層を形成し、セルをマスクでマスキングした後、水銀ランプ１０ｍＷの照度で５分間１次ＵＶ照射した。そして、以下の方法により各々隔壁を形成した。
第１方法（＃１）：マスク無しでセル全面にＵＶを照射し、かつ水銀ランプ１７．６ｍＷの照度で照射時間を各々１、５、１０、２１、３１、６３、及び１２６分に変えて隔壁を形成した。
第２方法（＃２）：マスク無しでセル全面にＵＶを照射し、かつ水銀ランプ７７ｍＷの照度で照射時間を各々１３、６５、１３０、２７０、及び３６０秒に変えて隔壁を形成した。
第３方法（＃３）：マスク無しでセル全面にＵＶを照射し、かつ水銀ランプ１５００ｍＷの照度で照射時間を各々１３、６５、１３０、及び２４０秒に変えて隔壁を形成した。
前述した第１方法による液晶層の残留モノマー含量を測定して以下の＜表４＞に示し、第２及び第３方法による液晶層の残留モノマー含量を測定して以下の＜表５＞に示し、これらを図２０にグラフとして整理して示している。
上記＜表４＞、＜表５＞、及び図２０を参照すると、１７．６ｍＷの照度で６３分間ＵＶを照射した第１方法の場合、残留モノマー含量が０．５５％であり、７７ｍＷの照度で３６０秒間ＵＶを照射した第２方法の場合、残留モノマー含量が１．５８％であった。一方、１５００ｍＷの照度で２４０秒間ＵＶを照射した第３方法の場合、残留モノマー含量が０．５１％であった。即ち、高い照度でＵＶ照射時間を短縮させることができるので、工程タクトタイムを減少させることができる。
実施形態７：液晶高分子組成物で形成された隔壁の接着力の評価
２枚の基板の間に液晶高分子組成物を注入して液晶セルを製造した。この際、液晶高分子組成物には液晶、アクリル系高分子にメチルヘプチルアクリレートとイソボニルメタクリレートとを使用し、光開始剤に２，２−ジメトキシ−１，２−ジフェニルエタン−１−オンを使用した。ここで、アクリル系高分子の含量割合は９：１に、液晶とアクリル系高分子との含量割合は８．５：１．５に、光開始剤の含量割合をアクリル系高分子の含量に対して０．５％にした。液晶セルにＵＶを照射して液晶とアクリル系高分子とを相分離させて隔壁を製造した。この際、４インチのセル４個、９．７インチのセル１個を製作した。そして、ＵＴＭ装備を用いて上板を９０゜方向に取り外すピールテスト（peel test）を遂行して接着力を測定して以下の＜表６＞及び図２１ａから図２１ｅに示している。
上記＜表６＞及び図２１ａから図２１ｅを参照すると、接着力評価時、０．０３Ｎ／ｃｍ以上の接着力を表すことを確認した。
実施形態８：液晶表示装置の製造
基板の上にゲートライン、ゲート絶縁膜、半導体層、ソース電極、及びドレイン電極を形成し、これらを覆う保護膜の上に有機絶縁膜を塗布した後、コンタクトホールと第１溝を形成した後、画素電極を形成し、パッシベーション膜を形成して第３溝と第４溝を形成した。その後、共通電極を形成して薄膜トランジスタアレイ基板を製造した。次に、基板の上にブラックマトリックスとカラーフィルタを形成した後、オーバーコーティング層を形成してカラーフィルタアレイ基板を製造し、薄膜トランジスタアレイ基板と合着した後、液晶高分子組成物を注入した。液晶高分子組成物及び隔壁の製造工程は、前述した実施形態７と同一な条件で製造して本願の図２の構造を有する液晶表示装置を製造した。このように製造された液晶表示装置の隔壁を観察して図２２ａから図２２ｄに示している。
図２２ａを参照すると、薄膜トランジスタアレイ基板上のゲートラインに沿って隔壁が形成されたことを確認し、図２２ｂから図２２ｄを参照すると、パッシベーション膜の第３溝と第４溝を詰めながら隔壁が形成されたことを確認した。
前述したように、本発明は新規な液晶高分子組成物を提供して接着力及び信頼性に優れる隔壁を形成することによって、液晶セルギャップを維持し、シール破れを防止することができる利点がある。これによって、製品の歩留まり及び生産性を向上させることができる液晶表示装置及びその製造方法を提供することができる利点がある。
以上、本発明を好ましい実施形態をもとに説明したが、これは単なる例示であり、本発明を限定するものでなく、本発明が属する分野の通常の知識を有する者であれば、本発明の本質的な特性を逸脱しない範囲内で、以上に例示していない多様な変形及び応用が可能であることが分かる。例えば、実施形態に具体的に表れた各構成要素は変形して実施することができる。そして、このような変形及び応用にかかわる差異点も、特許請求の範囲で規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

Claims (24)

  1. 液晶と、
    環状構造を含むアクリル系モノマーグループ（Ａ）と鎖状構造またはシクロヘキサノールを含むアクリル系モノマーグループ（Ｂ）とを含むアクリル系モノマーと、
    光開始剤と、
    を含むことを特徴とする、液晶高分子組成物。
  2. 前記環状構造を含むアクリル系モノマーグループ（Ａ）は、イソボニルアクリレート（isobornyl acrylate）またはイソボニルメタアクリレート（isobornyl methacrylate）であることを特徴とする、請求項１に記載の液晶高分子組成物。
  3. 前記鎖状構造を含むアクリル系モノマーグループ（Ｂ）は、２−メチルヘプチルアクリレート（2-methylheptyl acrylate）、イソデシルアクリレート（isodecyl acrylate）、オクチルデシルアクリレート（octyldecyl acrylate）、トリデシルアクリレート（tridecyl acrylate）、２−エチルヘキシルアクリレート（2-ethylhexyl acrylate）、及びラウリルアクリレート（lauryl acrylate）からなる群から選択されたいずれか１つ以上であることを特徴とする、請求項１に記載の液晶高分子組成物。
  4. 前記シクロヘキサノールを含むアクリル系モノマーグループ（Ｂ）は、３，３，５トリメチルシクロヘキサノールアクリレート（3,3,5 trimethyl cyclohexanol acrylate）であることを特徴とする、請求項１に記載の液晶高分子組成物。
  5. 前記液晶とアクリル系モノマーとの含量割合は８：２から９：１であることを特徴とする、請求項１に記載の液晶高分子組成物。
  6. 前記アクリル系モノマーのうち、前記環状構造を含むアクリル系モノマーグループ（Ａ）と鎖状構造またはシクロヘキサノールを含むアクリル系モノマーグループ（Ｂ）との含量割合は８：２から９：１であることを特徴とする、請求項５に記載の液晶高分子組成物。
  7. 前記アクリル系モノマーと前記光開始剤との含量割合は７：３から９：１であることを特徴とする、請求項６に記載の液晶高分子組成物。
  8. 前記光開始剤は、２−ベンジル−ジメチルアミノ−１−（４−モルホリノフェニル）−ブタノン−１（2-benzyl-2-dimethylamino-1-（4-morpholinophenyl）-butanone-1）、フェニルビス（２,４,６−トリメチルベンゾイル）−ホスフィンオキシド）（phenylbis（2,4,6-trimethylbenzoyl）-phosphine oxide）、ビス（．エタ．５−２,４−シクロペンタジエン−１−イル）−ビス（２,６−ジフルオロ−３−（１Ｈ−ピロール−１−イル）−フェニル）チタニウム（bis（.eta. 5-2, 4-cylcopentadien-1-yl）-bis（2,6-difluoro-3-（1H-pyrrol-1-yl）-phenyl）titanium）、ビス（２,４,６−トリメチルベンゾイル）−フェニルホスフィンオキシド（bis（2,4,6-trimethylbenzoyl）-phenylphosphineoxide）、２−ジメチルアミノ−２−（４−メチル−ベンジル）−１−（４−モルホリン−４−イル−フェニル）−ブタン−１−オン（2-Dimethylamino-2-（4-methyl-benzyl）-1-（4-morpholin-4-yl-phenyl）-butan-1-one）、２−ヒドロキシ−１−［４−（２−ヒドロキシエトキシ）フェニル］−２−メチル−１−プロパン（2-Hydroxy-1-[4-（2-hydroxyethoxy）phenyl]-2-methyl-1-propanone）、１−［９−エチル−６−（２−メチルベンゾイル）−９Ｈカルバゾール−３−イル］−、１−（Ｏ−アセチルオキシム）（1-[9-ethyl-6-（2-methylbenzoyl）-9Hcarbazol-3-yl]-、1-（O-acetyloxime））、１−ヒドロキシ−シクロヘキシル−フェニル−ケトン（1-Hydroxy-cyclohexyl-phenyl-ketone）、オキシ−フェニル−酢酸２−［２オキソ−２フェニルーアセトキシ−エトキシ］−エチルエステル（oxy-phenyl-acetic acid 2-[2 oxo-2 phenyl-acetoxy-ethoxy]-ethyl ester）、２−メチル−１−［４−（メチルチオ）フェニル］−２−（４−モルホリニル）−１−プロパノン（2-Methyl-1-[4-（methylthio）phenyl]-2-（4-morpholinyl）-1-propanone）、２,４,６−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキシド（2,4,6-Trimethylbenzoyldiphenylphosphine oxide）、２−ヒドロキシ−２−メチル−１−フェニル−プロパン−１−オン（2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propan-1-one）、及び２,２−ジメトキシ−１,２−ジフェニルエタン−１−オン（2,2-Dimethoxy-1,2-diphenylethan-1-one）からなる群から選択されたいずれか１つであることを特徴とする、請求項１に記載の液晶高分子組成物。
  9. 薄膜トランジスタアレイ基板とカラーフィルタアレイ基板との間に介された液晶層を含む液晶表示装置であって、
    前記液晶層の内に位置し、かつ前記薄膜トランジスタアレイ基板とカラーフィルタアレイ基板との間を支持する隔壁を含み、
    前記隔壁は、請求項１から請求項８に従う液晶高分子組成物のアクリル系モノマーが硬化したものからなることを特徴とする、液晶表示装置。
  10. 前記薄膜トランジスタアレイ基板は、
    薄膜トランジスタを保護する有機絶縁膜と、
    前記有機絶縁膜の上に位置する画素電極と、
    前記画素電極の上に位置するパッシベーション膜と、
    前記パッシベーション膜の上に位置する共通電極と、
    をさらに含むことを特徴とする、請求項９に記載の液晶表示装置。
  11. 前記隔壁は、前記パッシベーション膜に形成された少なくとも１つの溝を詰めるように位置することを特徴とする、請求項１０に記載の液晶表示装置。
  12. 前記カラーフィルタアレイ基板は、ブラックマトリックスとカラーフィルタを覆うオーバーコート層をさらに含み、
    前記隔壁は、前記オーバーコート層に形成された少なくとも１つの溝を詰めるように位置することを特徴とする、請求項１１に記載の液晶表示装置。
  13. 前記パッシベーション膜に形成された少なくとも１つの溝はゲートラインと対応するように位置することを特徴とする、請求項１１に記載の液晶表示装置。
  14. 薄膜トランジスタアレイ基板とカラーフィルタアレイ基板と合着してセルを形成するステップと、
    液晶、環状構造を含むアクリル系モノマーグループ（Ａ）と鎖状構造またはシクロヘキサノールを含むアクリル系モノマーグループ（Ｂ）とを含むアクリル系モノマー、及び光開始剤を含む液晶高分子組成物を前記セルに注入するステップと、
    前記セルにＵＶを照射して前記アクリル系モノマーを硬化させて隔壁を形成するステップと、
    を含むことを特徴とする、液晶表示装置の製造方法。
  15. 前記セルにＵＶを照射するステップは、１次ＵＶ照射ステップ、常温放置ステップ、及び２次ＵＶ照射ステップを含むことを特徴とする、請求項１４に記載の液晶表示装置の製造方法。
  16. 前記１次ＵＶ照射ステップにおいて、照度は１から２０ｍＷであり、照射時間は５から６０分であることを特徴とする、請求項１５に記載の液晶表示装置の製造方法。
  17. 前記常温放置ステップは、前記セルを常温で６０から２００分間放置することを特徴とする、請求項１５に記載の液晶表示装置の製造方法。
  18. 前記２次ＵＶ照射ステップにおいて、照度は５０から１５００ｍＷであり、照射時間は１から２０分であることを特徴とする、請求項１５に記載の液晶表示装置の製造方法。
  19. 前記２次ＵＶ照射ステップにおいて、温度は６０度以下であることを特徴とする、請求項１８に記載の液晶表示装置の製造方法。
  20. 前記薄膜トランジスタアレイ基板は、
    下部基板の上に薄膜トランジスタを形成するステップと、
    前記薄膜トランジスタの上に有機絶縁膜を形成するステップと、
    前記有機絶縁膜をパターニングしてコンタクトホール及び少なくとも１つの第１溝を形成するステップと、
    前記有機絶縁膜の上に画素電極を形成するステップと、
    前記有機絶縁膜及び前記画素電極の上にパッシベーション膜を形成して前記少なくとも１つの第１溝に対応する少なくとも１つの第２溝を形成するステップと、
    前記パッシベーション膜の上に共通電極を形成するステップと、
    を含むことを特徴とする、請求項１４に記載の液晶表示装置の製造方法。
  21. 前記隔壁は、前記パッシベーション膜に形成された少なくとも１つの第２溝を詰めるように位置することを特徴とする、請求項２０に記載の液晶表示装置の製造方法。
  22. 前記カラーフィルタアレイ基板は、
    上部基板の上にブラックマトリックスとカラーフィルタを形成するステップと、
    前記ブラックマトリックスとカラーフィルタの上にオーバーコート層を形成するステップと、
    前記オーバーコート層をパターニングして少なくとも１つの第３溝を形成するステップと、
    を含むことを特徴とする、請求項２０に記載の液晶表示装置の製造方法。
  23. 前記隔壁は、前記オーバーコート層に形成された少なくとも１つの第３溝を詰めるように位置することを特徴とする、請求項２２に記載の液晶表示装置の製造方法。
  24. 前記少なくとも１つの第１溝及び第２溝は、ゲートラインと対応するように位置することを特徴とする、請求項２１に記載の液晶表示装置の製造方法。
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