KR0169064B1 - 프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법 - Google Patents

프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법 Download PDF

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Abstract

상판(20)과 하판(21)에 자외선을 수직으로 1번 조사하여 배향방향과 프리틸트각의 크기를 결정한 후, 상판(20)을 네마틱전이온도(TnI) 이상으로, 하판(21)을 네마틱전이온도(TnI) 이하로 유지한 상태에서 카이랄도판트가 첨가된 액정을 양기판(20),(21) 사이로 주입하면, 하판(21)근처의 액정분자는 네마틱특성을 보유하고, 상판(20) 근처의 액정분자는 네마틱특성이 없는 등방적인 성질을 갖는다.
그 후, 상하 기판의 온도를 상온으로 천천히 내리면, 카이랄도판트에 의해 액정분자가 하판(21)에서부터 상판으로 트위스트되어 트위스트네마틱 액정셀이 형성된다.

Description

프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법
제1도는 본 발명의 액정셀 제조시 사용되는 자외선 조사장치를 나타내는 도면.
제2도는 광배향물질이 성막된 기판에 자외선을 조사했을 때의 액정셀을 나타내는 도면으로,
(a)는 자외선의 조사에 의해 기판에 형성된 배향방향을 나타내는 도면이고,
(b)는 자외선의 조사시간대 기판에 형성되는 프리틸트각의 관계를 나타내는 도면이고,
(c)는 자외선의 조사에 의해 기판에 결정된 프리틸트각을 나타내는 도면이고,
(d)는 액정이 주입될 때 기판에 형성되는 프리틸트각을 나타내는 도면.
제3도는 본 발명의 제1실시예를 나타내는 도면.
제4도는 러빙과 자외선조사에 의해 배향방향 및 프리틸트각이 결정된 액정셀을 나타내는 도면.
제5도는 본 발명의 제2실시 예를 나타내는 도면.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
3 : 자외선램프 4 : 렌즈
5 : 편광판 20, 40 : 상판
21, 41 : 하판
본 발명은 액정셀에 관한 것으로, 특히 광배향물질이 성막된 기판에 자외선을 조사하여 배향방향과 프리틸트각의 크기를 결정한 후 액정을 주입하여 기판 표면에서의 액정분자의 프리틸트방향을 제어할 수 있는 액정셀 제조방법에 관한 것이다.
액정디스플레이(LCD)에서는 액정셀에 주입된 액정분자의 배열에 따라 그 광학적 특성이 변하게 된다. 따라서, 액정분자를 배열하기 위해 액정셀의 상하 기판에 배향막을 성막한 후, 배향력을 부여하기 위해 여러 가지 방법을 사용하고 있다. 이러한 배향방법 중에서 현재 가장 많이 사용되고 있는 것이 기계적인 러빙(rubbing)방법이다. 러빙에 의한 배향방법은 배향막에 기계적인 마찰에 의한 미세홈(micro groove)을 형성하여, 이 미세홈에 의한 앵커링에너지(anchoring energy)에 의해 액정분자를 배열시키는 것이다. 그러나. 이러한 러빙방법은 배향막에 먼지나 정전기가 발생되어 수율이 나빠지게 되고, 특히 정전기에 의해 액정셀의 각 화소에 형성된 박막트랜지스터가 파손되는 일이 발생하였다.
그래서, 제조공정을 간단하게 하고 기판의 파손을 방지하기 위해 제안되는 것이 광배향물질이 성막된 기판에 편광된 자외선을 조사하여 배향막에 프리틸트각을 부여하는 광배향이다. 고바야시(KOBAYASHI) 등이 제안한 광배향방법에 의하면, (SID 95 DIGEST 877페이지), 광배향물질이 성막된 배향막에 프리틸트각을 부여하기 위해서 자외선을 2번 조사해야만 한다. 우선 기판 위에 PVCN (poly vinylcinnamate)계 고분자로 구성된 광배향막을 성막한다. 이 PVCN계의 고분자는 선형 편광된 자외선이 수직으로 조사됨에 따라 자외선에너지를 흡수하여 발생되는 고분자간의 크로스링킹(cross linking)에 의해 광고분자(photopolymerization)된 배향막이 된다. 이 광분자의 방향은 선형 편광된 자외선의 방향에 따라 일정하게 된다. 다시 말해서, 조사되는 자외선의 편광방향에 따라 배향막의 배향방향이 결정된다.
그 후, 배향방향이 결정된 배향막에 일정한 각도의 기울기로 다시 자외선을 조사하는데, 자외선의 조사각도는 배향막에 대하여 30°, 45°, 60°로 한다. 이 2번째의 자외선조사에 의해 배향막에는 프리틸트각이 부여된다.
그러나 상기와 같은 방법에 의해 형성된 배향막도 프리틸트각이 0.1°~0.3°정도의 작은 각도로만 되기 때문에, 원하는 프리틸트각을 얻을 수 없을 뿐만 아니라, 프리틸트각을 형성하기 위해서는 2번의 자외선조사가 필요하게 되므로 공정히 복잡하게 되어 액정셀의 제조비용이 높아지게 된다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 자외선을 수직으로 1회 조사하여 배향방향과 프리틸트각의 크기를 결정한 후, 배향막 사이로 액정을 주입하므로 써, 배향막의 프리틸트방향을 제어할 수 있는 액정셀 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 액정셀 제조방법은 광배향물질이 성막된 상하 기판에 자외선을 조사하여 배향막의 프리틸트방향을 결정하는 단계와 상기한 상하 기판의 한쪽은 네마틱전이온도 이상으로, 또 다른 한쪽은 네마틱전이온도 이하로 유지하는 단계와, 상기한 상하 기판 사이로 액정을 주입하는 단계로 구성된다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 액정셀 제조방법을 상세히 설명한다.
제1도는 볼 발명에서 사용되는 자외선 조사장치이다. 이자외선 조사장치는 자외선이 발생되는 램프(3)와, 렌즈(4)와, 자외선을 선형 편광시키는 편광판(5)으로 구성되어, 상기한 램프(3)에서 발생된 자외선이 렌즈(4)를 거쳐 편광판(5)에서 선형 편광되어 배향막이 성막된 기판(1)에 조사된다.
우선, 제1도의 자외선 조사장치를 이용하여 폴리실록산물질(polysiloxane based material)이나 PVCN-F(polyvinyfluorocinnamate)로 이루어진 배향막이 성막된 상하 기판(10),(11)에 자외선을 수직으로 1번 조사하여 제2도(a)에 나타낸 바와 같이 배향방향을 결정하는데, 기판에 형성되는 배향방향은 기판에 조사되는 자외선의 편광방향에 따라 일정한 배향방향으로 된다. 그리고, 폴리실록산물질이나 PVCN-F는 다음과 같은 화학구조식으로 형성되어, 제2도(b)에 나타낸 바와 같이 폴리실록산 신나메이트를 폴리실록산물질의 한 예로 사용하는 경우에 자외선이 조사됨에 따라 기판에 형성되는 프리틸트각의 크기가 달라진다.
폴리실록산 신나메이트 :
따라서, 자외선의 조사에 의해 상하 기판에는 제2도(c)에 나타낸 바와 같이 각 기판(10),(11)에서 축퇴되어 서로 대칭된 2개의 프리틸트각(θ1), (θ2)이 결정된다. 이와 같이, 서로 대칭된 2개의 프리틸트각을 갖는 기판(10),(11) 사이로 제2도(d)에 나타낸 바와 같이 기판의 좌측에서 액정을 주입하면, 액정의 흐름에 의해 2개의 프리틸트방향 중 액정이 흐르는 방향쪽의 프리틸트방향이 선택된다.
제3도는 본 발명의 제1실시 예를 나타내는 도면이다. 제3도(a)에 나타낸 바와 같이, 상하 기판(20),(21)에 서로 편광방향이 수직인 자외선을 각각 조사하면, 액정셀의 상하 기판(20),(21)에는 서로 수직하는 배향방향과 프리틸트각이 결정된다, 그후, 상판(20)을 네마틱전이온도(TnI) 이상(TnI+α)으로 유지하고 하판(21)을 네마틱전이온도(TnI) 이하(TnI+β)으로 유지한 상태에서 기판의 좌측에서 액정을 주입한다. 이 때, 상수 α, β는 0α, β≤범위에서 적당한 값을 선택하며, 네마틱전이온도(TnI)는 액정의 종류에 따라 달라지는데, 예를 들면, 액정이 ZLI-4801인 경우에는 TnI는 90℃이다.
제3도(b)는 제3도(a)의 기판 아래쪽에서 본 액정셀의 구조를 나타내는 도면이고, 제3도(c) 및 제3도(d)는 제3도(a)의 기판 좌측에서 본 액정셀의 단면구조를 나타내는 도면으로, θ3는 하판(21)의 프리틸트각을 나타내며, θ4는 상판(20)의 프리틸트각을 나타낸다. 액정이 기판(20),(21) 사이로 주입될 때, 하판(21)의 온도는 TnI보다 낮은 온도이므로 하판 표면 근처의 액정은 네마틱특성을 갖게 되어 프리틸트방향은 액정이 주입되는 방향에 따라 결정된다.
또한, 상판(20)의 온도는 TnI보다 높은 온도이므로 상판의 표면 근처에 있는 액정은 네마틱특성이 없는 등방성(isotropic)상태에 있다. 그러므로, 상판(20)에는 액정주입의 방향효과가 없고, 프리틸트방향은 중첩되어져 남아 있는 상태이다. 액정주입이 모두 끝난 후, 상하 기판(20),(21)의 온도를 천천히 내려서 상온으로 만들 때, 액정의 카이랄도판트(chiral dopant)의 첨가여부에 따라 다른 경향을 나타낸다.
첫 번째의 경향은 카이랄도판트를 첨가하지 않는 경우로, 이 경우에는 하판의 프리틸트방향은 결정되어 있지만, 상판의 프리틸드방향이 결정되어 있지 않으므로 역트위스트 도메인(reverse twist domain)이 생성된다. 그리고, 두 번째의 경향은 카이랄도판트가 첨가된 액정을 사용하는 경우로, 이 경우에는 하판의 프리틸트방향이 결정되어 있으며, 상판의 프리틸트방향은 하판의 프리틸드방향과 액정의 트위스트방향에 따라 결정된다. 상기한 두 번째 경우에 의하여 결정된 상판의 프리틸트방향은 후에 상판의 표면에서 기억되게 된다(기억효과:memory effect), 예를 들면, 카이랄도판트가 좌선 성이면 제3도(c)의 모형도를 따라 상판의 프리틸트방향이 결정되고, 카이랄도판트가 우선성이면 제3도(d)의 정면에서의 각각의 구성은 제3도(e) 및 제3도(f)에 해당한다. 실 선은 상판(20)의 배향방향을 나타내고, 점선은 하판(21)의 배향방향을 나타내며, 상하판(20),(21)의 배향방향 사이의 화살표는 시야 각 방향을 나타낸다.
따라서, 자외선에 의해 배향방향이 서로 다른 방향으로 결정된 상하 기판(20)(21)으로 구성된 액정셀에서, 배향막에 조사되는 자외선의 편광방향과 조사에너지에 따라 각 기판에 형성된 배향막의 배향방향과 프리틸트각(θ3),(θ4)의 크기를 결정할 수 있다. 이때, 프리틸트방향은 축퇴되어 있는데, 상기한 바와 같이 상가판의 액정주입온도, 주입방향 및 약정에 첨가되는 카이랄도판트에 따라 액정셀의 프리틸트방향을 결정할 수 있다.
제4도는 러빙과 자외선의 조사에 의해 배향방향이 각각 형성된 기판으로 구성된 액정셀을 나타내는 도면으로, 이 기판의 좌측에서 액정을 주입하면(액정주입은 도TnI), 러빙에 의해 프리틸드각(θPI)이 형성된 기판(31)에서는 프리틸드방향이 러빙방향을 따라 결정된다. 또한, 자외선의 조사에 의해 프리틸트각(θ5)이 결정된 기판(30)에서는 축퇴되어 대칭된 2개의 프리틸트방향 중 액정이 흐르는 방향 쪽으로 프리틸트방향이 선택된다.
제5도는 본 발명의 제2실시 예에 따른 액정셀의 제조방법을 나타내는 도면이다, 우선, 상판(40)에는 자외선 조사장치를 이용하여 배향방향을 결정하며, 하판(41)에는 러빙에 의해 상기한 상판(40)의 배향방향과 수직하는 배향방향을 결정한다, 이때, 상판(40)에는 서로 대칭하는 2개의 프리틸드각이 형성된다. 그후, 액정을 상기한 기판(40),(41)의 좌측에서 주입하며, 기판사이로 주입된 액정분자는 상판(4)에서는 액정의 흐름에 의해 대칭된 2개의 프리틸드방향 중 액정이 흐르는 방향쪽을 선택하게 되며, 하판(41)에서는 러빙방향을 따라 배향되어 상하 기판(40),(41) 사이에서 액정분자가 트위스트 된다.
본 발명은 상기한 바와 같이 자외선을 배향막에 조사하여 프리틸트각을 결정한 후, 액정을 주입하여 프리틸트방향을 결정하므로 러빙에 의한 기판의 파손을 방기할 수 있게 된다. 또한, 자외선을 배향막에 수직으로 1번 조사하여 자외선의 조사에너지에 의해 프리틸트각의 크기를 제어할 수 있으므로, 종래의 광배향법에 비해 공정히 간단할 뿐만 아니라 큰 각도의 프리틸트각도 얻을 수 있게 된다.

Claims (15)

  1. 배향막이 성막된 상판 및 하판에 자외선을 조사하여 상기한 상판과 하판의 배향방향을 서로 다르게 형성하는 단계와, 한쪽 기판은 네마틱전이온도(TnI)이상으로 유지하고 다른쪽 기판은 네마틱전이온도(TnI)이하로 유지하는 단계와, 상기한 상판 및 하판 사이로 액정을 주입하는 단계로 구성된 프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기한 배향막이 PVCN-F인 것을 특징으로 하는 프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기한 배향막이 폴리실록산물질인 것을 특징으로 하는 프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 자외선이 상기한 기판에 수직으로 조사되는 것을 특징으로 하는 프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기한 자외선의 조사가 1회 실시되는 것을 특징으로 하는 프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기한 기판의 배향막 위에 형성되는 프리틸트각이 자외선의 조사에너지에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 기판 사이로 주입되는 상기한 액정에 카이랄도판트가 첨가되는 것을 특징으로 하는 프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법.
  8. 제1배향막과 제2배향막이 성막된 상하 기판에 자외선의 조사 및 러빙을 각각 실시하여 서로 다른 배향방향을 결정하는 단계와, 상기한 양기판 사이로 액정을 주입하는 단계로 구성된 프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기한 제1배향막이 PVCN-F인 것을 특징으로 하는 프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기한 제1배향막이 폴리실록산물질인 것을 특징으로 하는 프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기한 제2배향막이 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법.
  12. 제8항에 있어서, 자외선이 상기한 제1배향막에 수직으로 조사되는 것을 특징으로 하는 프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법.
  13. 제8항에 있어서, 제1배향막에 대한 자외선의 조사가 1회 실시되는 것을 특징으로 하는 프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기한 제1배향막이 성막된 기판에 형성되는 프리틸트각이 자외선의 조사에너지에 따라 변하는 것을 특징으로 하는 프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법.
  15. 제8항에 있어서, 상기한 액정이 제1배향막이 성막된 기판의 배향방향과 평행하게 주입되는 것을 특징으로 하는 프리틸트방향의 제어가 가능한 액정셀 제조방법.
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KR101597976B1 (ko) 2015-09-09 2016-03-03 대한민국 트랙터 부착식 원목 집재 장치

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