KR0147020B1 - 액정 표시 장치의 시야각 개선을 위한 러빙 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시 장치의 러빙 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액정 표시 장치용 기판을 러빙할 때 한 기판 또는 두 기판 모두에 대하여 러빙의 방향과 세기를 달리하여 여러 번 러빙함으로써 시야각을 향상시키는 액정 표시 장치의 러빙 방법이다.

Description

액정 표시 장치의 시야각 개선을 위한 러빙 방법

제1도는 러빙(rubbing)의 세기와 경사각의 관계를 나타낸 그래프,

제2도는 러빙 공정을 나타낸 도면,

제3도는 종래의 러빙 방향을 도시한 도면,

제4도 및 제5도는 본 발명의 실시예에 따른 러빙 방향을 나타낸 도면,

제6도는 본 발명의 실시예에 따른 러빙 방법에 의하여 형성되는 액정 분자의 경사각을 도시한 도면이다.

[발명이 속하는 기술분야 및 그 분야의 종래기술]

본 발명은 액정 표시 장치의 러빙 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액정 표시 장치용 기판을 러빙할 때 러빙의 방향과 세기를 달리하여 여러 번 러빙함으로써 시야각을 향상시키는 액정 표시 장치의 러빙 방법이다.

액정 물질을 이용하는 액정 표시 장치는 오늘날 산업계에서뿐 아니라 가정에서도 널리 이용되고 있고 날이 갈수록 기술이 더욱 발달하여 그 용도가 더욱 다양해지고 있다. 이러한 액정 표시 장치는 가볍고, 비용이 적게 들며, 소비 전력이 작아 집적 회로와의 정합성이 좋은 등 여러 가지 장점을 지니고 있어 랩탑 컴퓨터나 포켓용 컴퓨터 등에 이용될 뿐 아니라 차량 탑재용, 컬러 멀티미디어(color multimedia) 화상용으로도 그 용도를 확대해 가고 있다.

일반적을 박막 트랜지스터 액정 표시 장치는 박막 트랜지스터(TFT:thin film transistor) 등의 스위칭 소자와 화소 전극이 있는 TFT 어레이(array) 기판과 컬러 필터가 있는 컬러 필터 기판과 이 두 기판의 사이에 있는 액정 물질, 그리고 양 기판의 바깥에 부착된 편광판으로 이루어지며, 뒷면에는 확산층을 가진 조명용 후광(後光:backlight)을 구비하고 있다.

그러나 이러한 액정 표시 장치, 특히 비틀린 네마틱(TN:twisted-nematic) 방식의 액정 물질을 이용하는 액정 표시 장치는 컨트라스트(contrast) 각도 의존성이 있다. 다시 말하면, 각각의 그레이 레벨(gray level)에서의 투과율이 시야각에 의존한다. 특히 이러한 컨트라스트 각도 의존성은 상하 방향으로 매우 심하다. 이러한 상하 방향의각도 의존성은 전기적으로 유도된 액정 디렉터(director)의 배치 때문에 발생한다.

이러한 비틀린 네마틱 방식의 액정 표시 장치의 전기적·광학적 특성은 액정의 이방성에 기인한 것이다. 좀더 상세히 말하자면, 두 기판의 사이에 봉입된 액정 분자가 광축을 이루고 있으며 이 광축을 따라서 시야각 방향을 이루고 있어, 액정 표시 장치의 화상을 볼 수 있는 각도가 한정되어 있다는 이 시야각 내에서만 표시 장치 상에 표시된 문자 또는 그림 등의 인식이 가능하다는 문제점이 있다. 비틀린 네마틱 방식의 경우 이 광축은 90도 뒤틀려 있으므로 이 광축을 중심으로 대략 90도 정도의 범위에서만 시야각이 형성된다. 특히 액정 물질의 배향이 한 방향으로 잘되어 있는 경우는 광학적 이방성이 강해지므로 이러한 시야각의 더욱 좁아진다는 문제점이 있다.

최근에 액정 표시 장치에 관한 제품이 더욱 다양해지면서 넓은 시야각이 필요하게 되었으며 이러한 광시야각을 만들기 위해서 여러 가지의 접근 방법이 제시되었다.

그중 한 예로는 다중 영역(multi-domain) 비틀린 네마틱 셀이 있다. 비틀린 네마틱 셀은 수평 방향으로는 대칭이지만, 수직 방향으로는 비대칭인 시각 특성을 가지고 있다. 각 화소에 다중 영역을 형성함으로써 다양한 시각 특성을 가지는 영역들의 광학적 투과율을 합하면 평균적인 시각 특성을 얻을 수 있다.

이러한 다중 영역 셀 중 간단한 경우로 두 영역 비틀린 네마틱(TDTN:two domain TN) 셀을 K. H. Yang이 제안하였다(IDRC 91 Digest, p.68). 여기에서는 두 영역의 액정 디렉터(director)가 반대 방향으로 경사지게 배열되어 있다. 이는 수평 방향에서뿐 아니라 수직 방향에서도 대칭적인 시각 특성을 나타낼 수 있어 넓은 상방향 시각 범위를 가지는 한 영역의 광학적 투과를 넓은 하방향 시각 범위를 가지는 다른 영역으로 보충할 수 있다.

그러나 이러한 TDTN 셀을 실현하기 위해서는 기판 위에 코팅된 폴리이미드(polyimide) 위에 여러 번 러빙하여야 한다는 문제점이 있다. 상세히 말하자면, 두 개의 기판에 대하여 2번의 광학 공정과 4번의 러빙 공정을 포함한다. 이러한 공정들은 복잡할 뿐 아니라 폴리이미드 배향층이 종종 광학적 공정을 거치는 동안 알칼리 현상 공정에 의하여 파손되는 경우도 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 Y.Koike 등은 공정을 간단히 하기 위한 영역 분리 TN(DDTN:domain divided TN) 셀을 제안하였다. 여기에서 각 기판 위에 패터닝된 유기 또는 무기 배향막에 한 번만 러빙함으로써 배향을 완성한다. 따라서, 이 방법은 2번의 광학 공정과 2번의 러빙 공정 그리고 2개의 대향 기판에 대한 부가적인 무기 배향막을 포함한다.

이외에도 K. Takatori 등은 보상 뒤틀린 네마틱(Complementary TN) 셀을 제안하였다. 이 구조에서는 하나의 기판만이 경사각이 큰 배향을 가진 두 영역으로 나뉘어 있고 다른 기판은 경사각이 작은 배향을 가지고 있다. 이 공정은 1번의 광학 공정과 3번의 러빙 공정으로 이루어져 상대적으로 간단하다. 이러한 C-TN과 DDTN 셀에서 영역은 액정 물질의 선회력(helical power)과 경사각에 의하여 제어된다.

이외에도 화소 분할 TN 셀(pixel divided TN cells) 등이 제시되었으며, 이는 SID 93 DIGEST pp.265-268의 Wide-Viewing-Angle Improvements for AMLCDs 및 Japan DISPLAY '92 pp. 591-594 등에 소개되어 있다.

그러나 상기한 바와 같은 방법들은 공정의 수가 증가하여 더 많은 제작비를 필요로 할 뿐 아니라 그 개선 효과가 적어 시야각이 그다지 확대되지 않는다는 문제점이 있다.

[발명의 목적]

본 발명은 상기한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 러빙 공정만으로 시야각을 확대할 수 있는 액정 표시 장치의 러빙 방법을 제공하는 데에 있다.

[발명의 구성, 작용 및 효과]

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 액정 분자와 기판의 경사각(pretilt angle)이 러빙의 세기에 의존하며 한 기판에서 상기 경사각이 다른 다수의 액정 분자가 혼재하면 시야각 특성이 개선될 수 있다는 사실을 바탕으로 하여 이루어진다.

본 발명에 따른 액정 표시 장치의 러빙 방법은 액정 표시 장치용 기판의 한 방향에 대하여 먼저 러빙을 하는 단계, 그리고 상기 방향과 다른 방향으로 그 러빙의 세기를 달리하여 다시 러빙을 하는 단계를 포함한다. 액정 표시 장치의 두 기판에 모두 러빙을 하는 경우에는 한 기판에 대하여만 상기한 바와 같은 러빙을 할 수도 있고, 두 기판 모두에 상기한 바와 같은 러빙을 할 수도 있다.

상기한 구성에 따라 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시예를, 첨부한 도면을 참고로 하여 상세히 설명한다.

일반적으로 박막 트랜지스터 액정 표시 장치의 제조 공정은 TFT 어레이 기판 및 컬러 필터 기판을 형성하는 공정, 양 기판의 사이에 액정 재료를 봉입하는 공정, 그리고 구동 회로를 탑재하는 공정으로 크게 나눌 수 있다. 이 과정에서 TFT 어레이를 형성하고 액정 재료를 봉입하기 전에, 액정 분자의 배열 방향을 결정하기 위하여 TFT 어레이 기판 및/또는 컬리 필터 기판 위에 배향막을 형성하고 그 배향막 위에 트렌치(trench)를 형성하는 러빙(rubbing) 공정을 거친다.

러빙은 액정 분자를 균일하게 배향하기 위한 방법의 일종으로서, 러빙을 하는 동안 배향막 위의 액정 분자는 표면으로부터 어떤 각도로 배열된다. 이러한 경사각은 액정의 전기 광학적 성질에 영향을 미치기 때문에 액정 표시 장치의 설계에서 중요한 변수이다. 그런데 이때 이러한 경사각은 러빙의 강도와 관련이 있다는 연구 결과가 나왔으며, 대체로 러빙의 세기가 강하면 경사각이 감소한다고 한다. 이 관계를 제1도에 도시하였으며, 이러한 사실을 Euro Display '92에 실린 Relation between tilt angle of polymer molecules of rubbed alignment layer and pretilt angle of liquid crystal(K. Y. Han등)에도 나타나 있다.

따라서, 한 기판 내에서 러빙의 강도를 달리하여 다양한 경사각을 가지도록 하면 액정의 이방성을 감소시켜 액정 표시 장치의 시야각을 넓힐 수 있다.

제2도는 일반적으로 사용되는 러빙 장치를 도시한 것이다. 벨벳 등과 같이 직물의 털이 긴 천이 감겨 있는 롤러(1)를 회전시키고, 배향막(2)이 형성되어 있는 액정 표시 장치용 기판(3) 위를 지나가게 한다. 롤러(1)가 이동하여 기판(3) 위를 지나갈 수도 있고, 롤러(1)는 고정되어 있고 기판(3)이 올려져 있는 받침대(4)가 이동하면서 롤러(1)를 지나갈 수도 있다.

비틀린 네마틱 방식 액정 표시 장치를 러빙할 때, 종래에는, 제3도에 도시한 바와 같이, TFT 어레이 기판(5)에 대해서는 왼쪽 윗부분으로부터 오른쪽 아랫부분으로, 컬러 필터 기판(6)에 대해서는 왼쪽 아랫부분으로부터 오른쪽 윗부분으로 대각선 방향으로 러빙으로 한다. 그렇게 함으로써 액정 분자가 비틀린 네마틱 방식으로 배열될 수 있다.

그러나, 본 발명에 따른 실시예에서는 한 기판에 대하여 두 번 이상의 러빙을 하되, 러빙의 방향과 세기를 달리한다.

예를 들면, 제4도에 도시한 바와 같이, 어떤 기판(3)에 대하여 처음에 왼쪽 윗부분으로부터 오른쪽 아랫부분으로 강하게 러빙했다면, 그 다음에는 그 반대방향, 즉 오른쪽 아랫부분으로부터 왼쪽 윗부분으로 약하게 러빙을 한다. 처음에 강하게 러빙을 한 방향으로 배열되었던 액정 분자 중 일부는 반대 방향의 약한 러빙으로 인하여 그 경사 방향을 바꾸게 된다.

러빙의 세기는 다양한 방법을 변화시킬 수 있는데, 예를 들면, 러빙용 천이 털으 밀도·길이를 변화시킨다든가, 러빙용 천의 재질을 다르게 한다든가, 러빙의 깊이를 다르게 한다든가, 러빙의 횟수를 다르게 한다든가 기판을 올려놓은 받침대의 속도를 변화시킨다든가 하는 방법으로 가능하다. 그런데 유의할 점은 한 기판에 대하여 두 번 이상의 러빙을 할 때 맨 마지막의 러빙의 세기는 약해야 한다는 점이다. 맨 마지막의 러빙의 세기를 강하게 하면 그 방향으로 액정 분자가 거의 전부 배열되기 때문에 시야각 향상의 효과가 줄어든다.

그 한 예로서, 털의 밀도가 다른 러빙용 천을 사용하여 반대 방향으로 러빙을 하면 경사각이 서로 반대로 배열된 액정 분자들을 만들 수 있다. 즉, 처음에는 털의 밀도가 높은 천을 이용하여 러빙을 하고 그 다음에는 털의 밀도가 낮은 천, 예를 들면 털의 밀도가 1/2인 천을 이용하여 반대 방향으로 러빙을 하면 경사각이 서로 반대로 배열된 액정 분자들을 만들 수 있다.

또 다르게 러빙의 깊이를 다르게 하는 방법이 있는데, 이 경우 러빙의 깊이는 0.1mm∼0.5mm의 범위 내인 것이 바람직하다.

제6도 (a) 및 (b)에 처음의 러빙에 의하여 형성된 경사각과 두번째의 러빙에 이하여 형성된 경사각을 각각 도시하였다.

또 제5도에 도시한 바와 같이 두번째의 러빙 방향을 최초의 러빙 방향에 대하여 일정한 각도, 특히 약 80° 내지 100°로 할 수도 있다.

앞에서 설명한 점을 이용하여 두 기판에 대하여 러빙의 세기 및 방향을 다양하게 달리하여 러빙할 수 있다.

예를 들면, 한 기판에 대해서 강하고 약한 두 번의 러빙을 반대 방향으로 실시하고 다른 기판에 대해서는 한 번의 러빙만을 실시하여 액정 표시 장치를 만드는 경우가 있을 수 있다. 또, 한 기판에 대해서 강하고 약한 두 번의 러빙을 서로 반대 방향으로 실시하고, 다른 기판에 대해서도 이와 거의 수직이 되는 방향으로 강하고 약한 두 번의 러빙을 서로 반대 방향으로 실시하여 결합할 수도 있다.

또, 한 기판에 대해서 서로 거의 직각이 되도록 두 번의 러빙을 하고, 다른 기판에 대해서는 한 번의 러빙만을 하여 결합할 수도 있다. 이때 서로 직각방향이 되는 러빙의 세기는 서로 다를 수도 있다. 예를 들면, 처음에는 강하게 러빙을 하고 그 다음은 처음의 러빙 방향에 대하여 수직으로 약하게 러빙을 할 수도 있다.

또 한 번의 강한 러빙 대신 수차례 강하게 러빙을 하고 이에 대하여 직각 방향으로 한 번의 약한 러빙을 할 수도 있다.

이와 같이 러빙의 방향 및 세기를 달리하면 두 번 이상 러빙을 하면, 경사각이 반대인 다수의 액정 분자가 혼재하므로 액정 물질의 복굴절 이방성이 사라져 액정의 장축 방향으로 빛이 누설되지 않는다. 그러므로 상하 방향의 컨트라스트 비가 증가하여 평균적으로 시야각이 넓어지는 효과가 생긴다.

Claims (6)

1. 제1털밀도를 가지는 제1러빙용 천을 이용하여 액정 표시 장치용 기판의 제1방향에 대하여 상기 액정 표시 장치용 기판을 1차 러빙하는 단계, 그리고, 상기 제1털밀도와는 다른 제2털밀도를 가지는 제2러빙용 천을 이용하여 상기 제1방향과 다른 제2방향으로 상기 액정 표시 장치용 기판을 2차 러빙하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치용 기판의 러빙 방법.
2. 제1항에서, 상기 제2털밀도는 상기 제1털밀도의 반인 액정 표시 장치의 러빙 방법.
3. 제1항에서, 상기 제1방향은 상기 제2방향의 반대 방향인 액정 표시 장치의 러빙 방법.
4. 제3항에서, 상기 1차 러빙 단계에서의 러빙의 횟수는 2회 이상인 액정 표시 장치의 러빙 방법.
5. 제1항에서, 상기 제2방향은 상기 제1방향과 80° 내지 100°의 각도를 이루는 액정 표시 장치용 기판의 러빙 방법.
6. 액정 표시 장치용 기판을 받침대 위에 올려놓는 단계, 상기 받침대를 제1속도로 움직이면서 상기 액정 표시 장치용 기판의 제1방향에 대하여 상기 액정 표시 장치용 기판을 러빙하는 단계, 그리고 상기 받침대를 상기 제1속도와는 다른 제2속도로 움직이면서 상기 제1방향과 다른 제2방향으로 상기 액정 표시 장치용 기판을 러빙하는 단계를 포함하는 액정 표시 장치용 기판의 러빙 방법.