KR0163885B1 - 고분자 분산형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

고분자 분산형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고분자 분산형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액정 속에 소량의 감광성 폴리머를 혼합하고 자외선을 조사하여 멀티 도메인을 형성함으로써 시야각을 개선하는 고분자 분산형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다. 비어 있는 액정 셀에 액정 물질과 광중합성 단량체를 혼합하여 주입하고 액정 셀 일부분에 편광된 자외선을 조사하고 액정 셀에 편광되지 않은 자외선을 조사한다. 따라서, 본 발명에 따른 액정 표시 장치는 선편광 자외선이 조사된 부분, 편광되지 않은 자외선이 조사된 부분 및 자외선이 조사되지 않은 부분이 존재하고, 선편광 자외선에 조사된 부분에는 일정한 방향으로 고분자 네트웍이 형성되어 액정 분자의 배향성이 유도되어 대비비가 유지됨과 동시에, 자외선이 조사되지 않았거나 편광되지 않은 자외선이 조사되어 임의적인 방향성을 가진 부분도 포함하므로써 액정 셀에 멀티 도메인이 형성되어 시야각이 개선되는 효과가 있다.

Description

고분자 분산형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법
제1a도 및 제1b도는 일반적인 액정 표시 장치를 도시한 도면으로서, 제1a도는 사시도이고, 제1b도는 그 단면도이고,
제2도, 제3도, 제4도 및 제5도는 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 도면이며,
제6a도, 제6b도 및 제6c도는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 마스크의 평면도이다.
본 발명은 고분자 분산형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 액정 속에 소량의 감광성 폴리머를 혼합하고 자외선을 조사하여 멀티 도메인을 형성함으로써 시야각을 개선하는 고분자 분산형 액정 표시 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 액정 표시 장치는 오늘날 산업계에서 뿐 아니라 가정에서도 널리 이용되고 있고 날이 갈수록 기술이 더욱 발달하여 그 용도가 더욱 다양해지고 있다. 이러한 액정 표시 장치는 가볍고, 비용이 적게 들며, 소비전력이 작아 집적 회로와의 정합성이 좋은 등 여러 가지 장점을 가지고 있어 랩탑 컴퓨터나 포켓용 컴퓨터 등에 이용될 뿐 아니라 차량 탑재용, 컬러 멀티미디어(color multimedia) 화상용으로도 그 용도를 확장해 가고 있다.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 종래의 액정 표시 장치에 대하여 더욱 상세히 설명한다.
제1a도 및 제1b도는 일반적인 액정 표시 장치를 도시한 도면으로서, 제1a도는 사시도이고, 제1b도는 그 단면도이다.
제1a도 및 제1b도에서 보는 바와 같이, TFT 기판(10)의 외주부에 스페이서(50)가 혼합되어 있는 액정 물질(40)을 봉합하는 봉인재(30)가 형성되어 있고, 스페이서(50) 및 봉인재(30)가 균일한 간격을 유지하면서 컬러 필터 기판(20)을 지지하고 있다.
그러나 이러한 액정 표시 장치는 액정 분자가 광축을 이루고 있으며 이 광축을 따라서 시야각 방향을 이루고 있어, 액정 표시 장치의 화상을 볼 수 있는 각도가 한정되어 있으며 이 시야각 내에서만 표시 장치 상에 표시된 문자 또는 그림 등의 인식이 가능하다는 문제점이 있다. 비틀린 네마틱(TN:twisted nematic) 방식의 경우 이 광축은 90도 뒤틀려 있으므로 이 광축을 중심으로 대략 90도 정도의 범위에서만 시야각이 형성된다. 그리고 액정 물질의 배향이 한 방향으로 잘 되어 있는 경우는 광학적 이방성이 강해지므로 이러한 시야각이 더욱 좁아진다는 문제점을 가지고 있다.
최근에 멀티 미디어 도래에 따른 액정 표시 장치에 관한 제품이 더욱 다양해지면서 넓은 시야각이 요구되며 이를 위하여 화소분할 러빙배향방법, 전극화소 분할법, 위상차 필름사용법 및 멀티과 도메인(multi-domain)등이 시도되고 있다. 그러나 위의 방법들은 여러 번의 러빙 공정이나 여러 번의 광학 공정이 필요할 뿐 아니라 배향층을 2층으로 형성하여 공정 수가 증가하고 폴리이미드 배향층이 종종 광학적 공정을 거치는 동안 알칼리 현상 공정에 의하여 파손되는 문제점을 가지고 있다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여 선경사각(pretilt angle)을 조절하여 시야각을 개선하기 위하여 광배향 연구가 이미 진행되어 있다.
이러한 종래의 기술은 Applied Physic Letter Volume 64 No. 22에서 설명한바에 의거하여 박막 트랜지스터 및 화소 전극이 형성되어 있는 TFT 기판(10)과 공통 전극이 형성되어 있는 컬러 필터 기판(20) 사이에 스페이서(50)로 간격을 유지하고 압착 열처리하여 액정 셀을 제작한다. 그리고 광중합성 단량체를 액정 물질(40)과 혼합하여 빈 액정 셀에 주입한 후, 액정 셀 전체에 자외선을 조사하면 단량체가 중합되어 비등방성 고분자 네트웍이 전면적으로 형성된다. 고분자 네트웍이 형성되는 과정에서 고분자에 액정 분자가 안착하여 균일하게 배향되어 대비비가 좋아진다. 따라서, 배향 공정이 단순화되는 이점이 있다.
그러나, 이러한 종래의 액정 표시 장치는 시야각이 별로 넓어지지 않는다는 문제점을 가지고 있다.
본 발명의 목적은 이러한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 액정 물질과 광중합성 단량체를 혼합한 액정 셀에 자외선 또는 선 편광된 자외선을 부분적으로 조사하여 시야각을 개선하는 데에 있다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치는,
투명 전극이 각각 형성되어 있는 제1 기판 및 제2 기판, 그리고
상기 두 기판의 사이에 봉입되어 있으며 액정 물질, 단량체 및 상기 단량체의 중합체가 섞여 있는 계를 포함하고 있다.
그리고 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법은,
비어있는 액정 셀에 액정 물질과 광중합성 단량체를 혼합하여 주입하는 단계,
상기 액정 셀에 부분적으로 자외선을 조사하는 단계를 포함하고 있다.
그리고 이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 또다른 제조방법은,
비어있는 액정 셀에 액정 물질과 광중합성 단량체를 혼합하여 주입하는 단계,
상기 액정 셀 일부분에 편광된 자외선을 조사하는 단계,
상기 액정 셀에 편광되지 않은 자외선을 조사하는 단계,
를 포함하고 있다.
본 발명에 따른 이러한 액정 표시 장치에서는 자외선 또는 선 편광된 자외선을 부분적으로 조사하여, 선 편광된 자외선이 조사된 부분에는 광중합성 단량체가 네트웍을 이루어 균일하게 액정 분자가 배향되고, 조사되지 않은 부분에는 무질서하게 단량체가 존재하거나 또는 선 편광되지 않은 자외선이 조사된 부분에는 임의적으로 액정 분자가 배향되어 멀티-도메인이 형성된다.
그러면, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명에 따른 액정 표시 장치의 한 실시예를 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세히 설명한다.
제2도, 제3도, 제4도 및 제5도는 본 실시예에 따른 액정 표시 장치를 도시한 평면도로서, 네모칸 하나는 화소 하나를 나타낸 것이고, 빗금친 화소는 고분자 네트웍이 형성되어 있는 화소이다.
제2도 및 제3도에 도시한 바와 같이, 행 및 열 방향으로 일정한 간격을 가진 화소(3, 3′)가 형성되어 있다. 제2도는 홀수 열의 화소(3a)에만이 고분자 네트웍이 형성되어 있는 것이고, 제3도는 짝수 열에 해당하는 화소와 홀수 행에서 홀수 열에 해당하는 화소(3a′)에만이 고분자 네트웍이 형성되어 있는 상태를 나타낸다. 그리고 제5도 및 제6도는 다수의 화소(3) 내부에 일부 영역(3a′)에만 고분자 네트웍이 형성되어 있는 상태를 나타낸다. 이와 같이 화소 단위로 고분자 네트웍이 형성되어 있을 수도 있지만 임의의 모양, 크기 또는 분포로 고분자 네트웍이 형성되어 있을 수도 있다. 여기서 고분자 네트웍이 형성된 부분(3a, 3a′)중의 일부는 임의적인 방향으로 네트웍이 형성될 수 있고, 나머지 일부는 일정한 방향으로 배향성을 가지면서 네트웍이 형성될 수 있으며, 아니면 고분자 네트웍이 형성된 부분(3a, 3a′)가 전체가 배향성을 지닌 네트웍이 형성될 수도 있다.
이러한 본 발명의 실시예에 따른 시야각 개선을 위한 액정 표시 장치의 제조 방법은 다음과 같이 이루어진다.
박막 트랜지스터 및 화소 전극이 형성되어 있는 TFT 기판과 공통 전극이 형성되어 있는 컬러 필터 기판 사이에 스페이서를 두고 상기 두 기판을 접착하여 액정 셀을 제작한다. 그리고 아크릴레이트(acrylate), 다이크릴레이트(diacrylate), 에폭시(epoxy), 폴리이미드(polymide)와 같은 광중합성 단량체를 카이랄(chiral) 불순물이 첨가된 네마틱 액정 또는 불순물이 첨가되지 않은 네마틱 액정과 무게 농도가 0.1∼10% 되도록 혼합하여 액정 셀 내부에 주입한 다음 봉합한다.
이어서 제6a도, 제6b도 또는 제6c도와 같은 마스크를 제작하여 액정 셀과 포개어 부착한다.
이어서 제6a도, 제6b도 및 제6c도는 본 발명에서 액정 표시 장치의 제작에 필요한 마스크를 나타낸 것으로서, 우선 제6a도는 마스크(1)에 원 모양으로 동일한 크기를 갖는 다수의 뚫린 부분(2)의 일정한 간격으로 형성되어 있다. 그리고 제6b도는 마스크(1′)에 동일한 크기의 네모 모양의 뚫린 부분(2′)이 일정한 간격으로 다수 형성되어 있다. 마지막으로 제6c도는 마스크(1″)에 뚫린 부분(2″)이 원모양과 네모 모양이 서로 이웃하도록 즉, Zig-Zag 식으로 두가지 모양을 조합하여 일정한 간격을 유지하면서 형성되어 있다. 여기서 사각형의 변의 길이 및 원의 지름과 사각형 및 원이 형성되는 간격은 1∼100㎛ 정도의 범위에서 제작하는 것이 바람직하다. 그리고, 마스크의 뚫린 부분(2, 2′, 2″)은 액정 셀의 화소(3)과 대응되도록 제작 및 부착할 수도 있으며, 여러 개의 화소를 단위로 하는 화소군 또는 하나의 화소의 일부분을 단위로 하여 제작 및 부착하는 것도 가능하다. 그리고 뚫린 부분의 모양, 크기 간격은 임의적으로 불균일하게 배열하여 자외선 조사 부분의 면적을 10∼90% 되도록 제작할 수 있다.
이렇게 액정 셀에 마스크를 부착한 후, 자외선을 액정 셀에 조사한다. 이때, 액정 셀의 전기/광학적 특성의 효과를 높이기 위해 온도는 액정 물질의 등방성전이 온도보다 10℃ 내지 30℃, 바람직하게는 10℃ 정도 높게 설정하고 액정셀의 전극에 1∼10V 전압을 인가한 상태에서 실시하는 것이 바람직하다. 인가된 전압은 고분자와 결합한 액정 분자 및 결합하지 않은 액정 분자에 균일한 배향성을 유도한다.
포토마스크 위에 편광판을 부착한 후 자외선을 조사하면, 조사된 자외선은 편광판을 지나면서 선편광 자외선으로 변하고, 이어 마스크의 뚫린 부분을 통과한 선편광 자외선은 액정 셀에 이른다.
그러면 방향성을 가진 선편광 자외선에 조사된 부분의 광중합성 단량체는 자외선 에너지에 의해 중합하여 중합체로 변함과 동시에 고분자 네트웍을 형성하고 액정 분자와 결합한다. 이러한 중합체는 편광된 자외선에 의해 일정한 방향성을 가지며 또한 중합체와 결합한 액정 분자도 일정한 방향으로 배향성을 갖게 된다. 그리고 자외선이 조사되지 않은 부분의 단량체 및 액정 분자는 독립적으로 존재하게 되므로 이 부분의 액정분자는 임의적인 방향성을 가지게 된다.
그리고 자외선 조사후 온도를 서서히 내리면 액정 분자들이 임의적인 방향성을 가진 부분과 일정한 방향성을 가진 부분을 포함하는 멀티 도메인이 액정 셀에 형성된다.
그리고 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 방법에서는 제4도의 마스크를 이용하여 홀수 열의 뚫린 부분(2, 2′, 2″)에는 편광되지 않은 자외선을 조사하고, 짝수 열의 뚫린 부분(2, 2′, 2″)에는 선편광된 자외선을 조사하거나, 또는 Zig-Zag식으로 편광되지 않은 자외선 및 선편광된 자외선을 조사하여 뚫린 부분(2, 2′, 2″)에 대응되는 액정 셀의 부분에 고분자 네트웍을 형성하게 된다.
그리고 본 발명에 또다른 실시예에 따른 액정 표시 장치 제조 방법에서는 제4도의 마스크를 이용하여 액정 셀에 마스크를 부착한 후, 편광된 자외선을 액정셀에 조사한다. 그러면 뚫린 부분(2, 2′, 2″)에 대응되는 액절 셀의 부분에는 단량체가 중합체로 변함과 동시에 액정 물질과 결합하고, 중합체는 편광된 방향으로 고분자 네트웍을 형성하게 되고 액정 물질 또한 고분자 네트웍이 형성된 방향에 따라 배향성을 가지게 된다.
다음, 마스크를 제거하고 액정 셀에 편광되지 않은 자외선을 조사하면 나머지 단량체들이 중합되어 중합체로 변화되고 임의적인 방향으로 고분자 네트웍이 형성되어 액정 분자와 결합한다. 여기서 액정 분자는 고분자 네트웍의 방향에 따라 임의적으로 배향하게 된다. 결과적으로 하나의 액정 셀에 임의적인 배향성과 고분자 네트웍을 가진 액정 분자 및 중합체와 일정한 배향성과 고분자 네트웍을 가진 액정 분자 및 중합체가 존재하게 된다.
따라서, 본 발명에 따른 액정 표시장치는 선편광 자외선이 조사된 부분, 편광되지 않은 자외선이 조사된 부분 및 자외선이 조사되지 않은 부분이 존재하고, 선편광 자외선에 조사된 부분에는 일정한 방향으로 고분자 네트웍이 형성되어 액정 분자의 배향성이 유도되어 대비비가 유지됨과 동시에, 자외선이 조사되지 않았거나 편광되지 않은 자외선이 조사되어 임의적인 방향성을 가진 부분도 포함함으로써 액정 셀에 멀티 도메인이 형성되어 시야각이 개선되는 효과가 있다.

Claims (19)

  1. 투명 전극이 각각 형성되어 있는 제1 기판 및 제2 기판, 그리고 상기 두 기판의 사이에 봉입되어 있으며, 일부는 일정한 간격으로 배향되고 나머지는 임의의 방향으로 배향되어 있는 액정 물질 및 중합체가 섞여 있는 계를 포함하는 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중합체는 광중합성 단량체로 이루어진 액정 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 단량체는 자외선 중합성 단량체인 액정 표시 장치.
  4. 제2항에 있어서, 상기 단량체는 아크릴레이트, 디아크릴레이트, 에폭시, 폴리이미드 중 하나인 액정 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 중합체는 상기 액정 분자에 방향성을 주는 액정 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 액정 물질은 카이랄 불순물이 첨가된 네마틱 액 정 또는 불순물이 첨가되지 않은 네마틱 액정인 액정 표시 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 중합체의 무게 농도는 0.1∼10%인 액정 표시 장치.
  8. 비어있는 액정 셀에 액정 물질과 광중합성 단량체를 혼합하여 주입하는 단계, 상기 액정 셀 일부분에 선편광된 자외선을 조사하는 단계, 상기 액정 셀에 편광되지 않은 자외선을 조사하는 단계를 포함하고 있는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 편광된 자외선 조사 단계는 상기 액정 셀에 마스크를 부착한 후 자외선을 조사하는 액정 표시장치의 제조 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 액정 셀의 편광된 자외선 조사 부분의 모양은 사각형, 원 또는 상기 두 모양을 조합한 모양인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 편광된 자외선이 조사되는 부분은 하나의 화소, 하나의 화소 일부분 또는 다수의 화소를 포함하는 화소군을 하나의 단위로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  12. 제8항에 있어서, 상기 단량체의 무게 농도는 0.1∼10%인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  13. 제8항에 있어서, 상기 액정 셀의 상기 선편광된 자외선 조사 부분의 면적은 10∼90%인 액정 표시 장치의 제조 방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 선편광된 또는 편광되지 않은 자외선 조사 단계는 상기 액정 셀에 전압을 인가하면서 행하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 액정 셀에 인가하는 전압은 1∼10V인 액정 표시 장치의 제조방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 선편광된 또는 편광되지 않은 자외선 조사 단계는 상기 액정 물질의 등방성 전이 온도보다 10℃ 내지 30℃ 높은 온도에서 실시하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  17. 제10항에 있어서, 상기 사각형의 변의 길이 및 원 지름은 1∼100㎛으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 사각형 및 원 모양의 간격은 1∼100㎛으로 하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 편광된 자외선이 조사되는 단위를 Zig-Zag 형태로 형성하는 액정 표시 장치의 제조 방법.
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