KR0183206B1 - 액정표시소자 제조방법 - Google Patents

Abstract

일정 방향으로 트위스트되도록 배향규제력이 부여된 배향막이 내측에 형성된 상하기판 사이로 삽입된 액정층으로 구성된 액정셀내에 배향규제력에 의해 결정되는 액정분자의 트위스트방향과 반대방향의 트위스트성질을 보유하는 카이랄도판트를 첨가한 후, 액정셀에 높은 전압을 인가하고 다시 밴드구조가 유지되는 최소의 전압까지 전압을 낮추어서 형성된 밴드구조가 안정되게 한다.

Description

액정표시소자 제조방법

제1도는 트위스트네마틱액정셀을 나타내는 도면.

제2도는 트위스트네마틱액정셀의 특성을 나타내는 도면으로,

(a)는 전압대 광투과도를 나타내는 그래프이고,

(b)는 좌우 시야방향에 따른 광투과도를 나타내는 그래프이며,

(c)는 상하 시야방향에 따른 광투과도를 나타내는 그래프.

제3도는 2도메인 트위스트네마틱액정셀의 구조를 나타내는 도면.

제4도는 도메인 분할된 트위스트네마틱액정셀의 구조를 나타내는 도면.

제5도는 본 발명에 따른 트위스트네마틱 밴드 액정셀의 구조를 나타내는 도면으로,

(a)는 배향방향이 결정된 액정셀에 액정이 주입된 것을 나타내는 도면이고,

(b)는 (a)의 Y-Y'선 단면도이고,

(c)는 액정에 카이랄도판트가 첨가된 경우의 단면도이며,

(d)는 전압을 인가했을 때의 단면도.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

21 : 상판 22 : 하판

25 : 액정분자 27,28 : 배향막

본 발명은 액정표시장치 제조방법에 관한 것으로, 특히 액정셀내에 주입된 액정분자의 트위스트방향이 상하 기판 내측에 형성된 배향막의 배향방향에 의해 결정되는 트위스트방향과 반대의 트위스트방향을 갖도록 반대방향의 트위스트력을 갖는 카이랄도판트를 첨가하여 전압을 인가하지 않았을 때, 액정셀 중앙의 액정분자를 기준으로 스플레이되는 액정셀의 구조를 가지며, 전압을 인가하였을 때 액정셀의 구조를 액정셀 중앙의 액정분자를 기준으로 보았을 때 밴드배향되도록 하고, 밴드구조를 유지한 채 스위칭시킴으로써 액정셀의 시야각특성을 향상시킨 트위스트네마틱 밴드 액정표시소자 제조방법에 관한 것이다.

현재까지 주로 사용되는 액정디스플레이(LCD)는 트위스트네마틱(Twisted Nematic) 액정셀로서, 제1도(a)는 좌수(left-handed) 방향으로 트위스트되도록 상하기판 내측에 형성된 배향막에 배향규제력을 준 액정셀의 구조를 나타내는 도면이다. 이 액정셀에 액정이 주입되면, 액정분자의 변형이 최소화되도록 좌수방향으로 액정분자가 트위스트된다.

제1도(b)는 상기한 액정셀의 X-X'선 단면도로서, 기판에 전압이 인가되지 않은 경우를 나타낸다. 상하기판에서의 액정분자는 앵커링에너지(anchoring energy)에 의해 일정한 프리틸트각을 보유하여 액정셀의 전기광학적 특성에 주로 영향을 미치게 되는 중앙평면상의 액정분자를 기준으로 보았을 때, 셀전체에서 비스듬한 구조를 가지게 된다.

또한, 제1도(c)에 나타낸 바와같이 액정셀에 전압을 인가하면, 액정분자에 전기장이 인가되어 기판(21),(22) 근처의 액정분자는 앵커링에너지에 의해 강하게 구속되어 기판과 미세한 프리틸트각으로 배향되지만, 셀중앙의 액정분자는 상기한 앵커링에너지가 약하게 작용하기 때문에 그 장축이 기판쪽을 향해 회전하게 되어 셀 전체의 구조가 기판(21),(22) 사이에서 뒤틀어진 구조, 즉 비대칭적인 구조로 된다. 따라서, 상하방향(X-X' 방향)의 시야각에서 뒤틀어진 액정분자의 복굴절이방성에 의해 콘트라스트비가 저하되고 그레이반전영역이 발생하여 시야각특성이 저하된다.

이러한 트위스트네마틱액정셀은 시야각에 따라 각 계조표시(gray level)에서의 광투과도가 달라지는 특성을 보유한다. 제2도(a)는 상기한 TN 액정셀의 광투과도대 전압의 관계를 나타내는 그래프이고 제2도(b)는 제1도에 나타낸 액정셀의 좌우방향(Y-Y')에서의 시야각대 광투과도의 관계를 나타내는 그래프이며, 제2도(c)는 상하방향(X-X')에서의 시야각대 광투과도의 관계를 나타내는 도면이다. 특히, 도면에 나타낸 바와 같이 좌우방향(Y-Y')의 시야각에 대해서는 광투과도가 대칭적으로 분포하지만, 상하방향(X-X')의 시야각에서는 그레이가 반전되는 영역이 발생되어 시야각이 좁아지는 문제가 있었다.

상기한 바와 같은 트위스트네마틱액정셀의 상하방향(X-X') 시야각에서의 그레이반전은 트위스트네마틱액정셀의 배향에 기인한다.

이러한 문제를 해결하기 위해 제3도 및 제4도에 나타낸 바와같은 트위스트네마틱액정셀이 제안되고 있다. 제3도는 2도메인(2-domain) 트위스트네마틱액정셀의 구조를 나타내는 도면으로 각 화소(pixel)가 프리틸트방향(pretilted direction)이 서로 반대인 2개의 액정방향자(LC direction) 배열 도메인을 보유하여 이 셀에 계조표시전압을 인가할 때 이 두 개의 도메인에서의 액정방향자가 서로 반대방향으로 경사지게 되어 상하방향(X-X')으로의 평균 광투과도가 보상됨으로써 시야각이 넓어지게 된다.

또한, 제4도는 도메인 분할된(Domain-Divided) 트위스트네마틱액정셀의 구조를 나타내는 도면으로, 기판(21),(22)의 제1배향층(27) 및 제2배향층(28)을 각각 다른 프리틸트각을 보유하는 물질, 예를 들면 유기배향층이나 무기배향층으로 구성해서 각 배향층에서의 평균 배향각도가 반대방향으로 되게 하고 상기한 배향층을 상하기판(21),(22)에서 각각 교대로 외부에 노출시켜서 각 도메인에서의 평균 프리틸트방향이 반대로 되게 하여 시야각을 보상한다.

그러나, 상기한 2도메인 트위스트네마틱액정셀이나 도메인 분할된 트위스트네마틱액정셀의 제조는 배향막(주로, 폴리이미드)이 성막된 기판을 러빙하고, 사진식각공정에 의해 포토레지스트를 마스크로 하여 첫 번째 러빙의 반대방향으로 러빙한 후, 다시 포토레지스트를 제거해야 하는 등, 제조공정이 복잡하게 되기 때문에 제조비용이 상승하는 문제가 있었다.

또한, 광배향방법을 이용한 2도메인 트위스트네마틱액정셀이나 도메인 분할된 트위스트네마틱액정셀의 제조도 배향막이 성막된 기판에 선형편광된 자외선을 조사하여 배향방향 및 프리틸트각을 결정한 후, 다시 자외선을 편광방향을 변화시켜 조사해야하는 등 제조공정이 복잡하게 된다.

본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 배향막의 배향방향에 의해 결정되는 액정셀내에 주입된 액정분자의 트위스트방향과 반대방향의 카이랄도판트를 액정에 첨가한 후, 양기판 사이에 일정 전압을 인가하여 밴드구조를 형성할 수 있는 트위스트네마틱 밴드 액정셀 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 트위스트네마틱 밴드 액정셀의 제조방법을 양기판에 서로 방향을 달리하는 배향방향을 결정하는 단계와, 상기한 양기판의 배향방향에 따른 액정분자의 트위스트방향과 반대방향의 카이랄도판트를 첨가하는 단계와, 양기판에 높은 전압을 인가한 후 밴드구조가 유지되는 최소 전압까지 전압을 낮추는 단계로 구성된다.

러빙이나 자외선의 조사에 의해 배향방향이 결정된 상하기판 사이로 액정이 주입되면, 액정분자는 상하기판의 배향방향에 따라 비스틈한 배열을 하여 가장 안정된 상태로 된다. 이 액정에 우수 카이랄도판트를 첨가하면 상기한 안정화된 상태가 깨어져 상하기판 사이에서 스플레이구조를 가지며, 높은 전압을 인가한 후 다시 전압을 밴드구조가 유지되는 최소전압까지 서서히 감소하여 밴드구조를 안정화시킨다.

이하, 본 발명에 따른 트위스트네마틱 밴드 액정셀 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

제5도(a)는 배향방향이 결정된 액정셀의 구조를 나타내는 도면으로, 도면부호 21,22는 각각 액정셀의 상하기판을 나타낸다. 이 상하기판(21),(22)에는 폴리이미드(polymide)나 폴리실록산물질(polysiloxane based material) 등과 같은 배향물질이 성막되어 기계적인 러빙 또는 자외선의 조사에 의해 서로 다른 방향의 배향방향(화살표방향)이 결정되어 있다. 또한, 상기한 러빙 또는 자외선의 조사에 의해 기판(21),(22)에는 배향방향 뿐만 아니라 프리틸트각도 결정되어, 기판 근처의 액정분자가 기판과 일정한 각도로 배열된다. 이기판(21),(22) 사이로 액정을 주입하면, 기판에 형성된 배향방향과 프리틸트각에 의해 액정분자는 제5도(b)에 나타낸 바와 같이 배열된다.

이때, 액정분자는 좌수(right-handed) 트위스트되는 구조를 갖는다. 기판에 전압을 인가하지 않을 때에 기판(21),(22) 근처의 액정분자는 기판의 앵커링에너지에 의해 강하게 구속되어 그 배향방향을 따라 미세한 프리틸트각으로 배열되며 액정셀 중앙의 액정분자(25)도 기판 근처의 액정분자와 비슷한 프리틸트각을 보유한다. 또한, 기판(21),(22) 사이의 액정분자는 가장 안정화된 상태를 이루기 위해 비스듬한 구조를 하게 된다.

이 액정에 우수 카이랄도판트(right-handed chiral dopant)를 첨가하면 비스듬한 구조가 깨지게 되어 제5도(c)에 나타낸 바와 같이 액정분자(25)가 셀중앙에서는 거의 기판(21),(22)과 수평한 상태로 되며, 기판에 가까이 갈수록 비스듬한 형상을 띄게 되지만 기판 근처에서는 앵커링에너지에 의해 원래의 배열을 유지하게 된다. 즉, 액정셀 내부에서의 액정분자는 중앙의 액정분자가 기판과 거의 수평한 상태이며 상하기판으로 갈수록 점차 비스듬한 형상의 대칭적인 배열, 즉 스플레이 구조가 된다.

이 액정셀에 제5도(d)에 나타낸 바와 같이 전압을 인가하면, 기판(21),(22) 근처의 액정분자는 앵커링에너지에 의해 강하게 구속되어 있지만 기판과 거의 수평상태에 있는 액정분자는 앵커링에너지가 약하게 작용하기 때문에 그 장축이 전기장의 방향, 즉 기판과 수직한 배열을 하게 되어 셀전체에서 밴드구조를 형성하게 된다. 그후, 밴드구조가 형성된 액정셀에 포화전압(Vsat)을 인가한 다음 밴드구조가 유지되는 최소 전압(Vc)까지 서서히 감소시키고, 다시 서서히 전압을 증가시키면 액정셀에 형성된 밴드구조가 안정화된다. 그리고, 상기와 같이 밴드구조가 형성된 액정셀의 상하에 편광판을 부착되어 액정셀내로 입사되는 빛을 편광시킨다.

이러한 액정셀은 상기한 포화전압(Vsat)에서 밴드구조가 유지되는 최소 전압(Vc) 사이에서 구동되어 기판과 수직한 배열을 하고 있는 중앙의 액정분자를 중심으로 그 상하의 액정분자의 장축이 서로 대칭되게 형성되기 때문에 복굴절이방성이 보상되어 상하시야각방향(Y-Y')에서의 시야각특성이 향상된다.

본 발명은 상기한 바와 같이 액정셀의 중앙에 대해 서로 대칭된 밴드구조에 의해 일반적인 트위스트네마틱액정의 굴절률이방성이 보상되고, 액정셀의 상하에 편광판을 삽입하면, 기판에 인가하는 전압이 변함에 따라 액정분자의 배향이 변하게 되므로 광투과율이 변하게 된다. 특히, 액정분자의 배향이 액정셀의 중앙에 대하여 대칭으로 되어 있으므로 상하 시야각에 대한 시야각 특성이 크게 향상된다.

Claims (8)

1. 서로 다른 방향의 배향방향이 결정된 상하기판 사이에 주입된 액정에 카이랄도판트를 첨가하여 액정셀을 형성하는 단계와, 상기한 액정셀에 전압(Vsat)을 인가하는 단계와, 상기한 액정셀에 인가되는 전압을 일정 전압(Vc)으로 다수 낮추는 단계로 구성된 트위스트네마틱 밴드 액정셀 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기한 액정이 좌수 트위스트되는 것을 특징으로 하는 트위스트네마틱 밴드 액정셀 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기한 카이랄도판트가 우수 카이랄도판트인 것을 특징으로 하는 트위스트네마틱 밴드 액정셀 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기한 전압(Vc)이 밴드구조가 유지되는 최소 전압인 것을 특징으로 하는 트위스트네마틱 밴드 액정셀 제조방법.
5. 상하기판에 배향막을 성막하는 단계와, 배향막이 성막된 상하 기판에 배향방향을 결정하는 단계와, 상기한 기판 사이로 액정을 주입하는 단계와, 상기한 액정에 카이랄도판트를 첨가하는 단계와, 상기한 기판에 전압(Vsat)을 인가하는 단계와, 상기한 기판에 인가되는 전압을 일정 전압(Vc)으로 다시 낮추는 단계로 구성된 트위스트네마틱 밴드 액정셀 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기한 액정이 좌수 트위스트되는 것을 특징으로 하는 트위스트네마틱 밴드 액정셀 제조방법.
7. 제5항에 있어서, 상기한 카이랄도판트가 우수 카이랄도판트인 것을 특징으로 하는 트위스트네마틱 밴드 액정셀 제조방법.
8. 제5항에 있어서, 상기한 전압(Vc)이 밴드구조가 유지되는 최소 전압인 것을 특징으로 하는 트위스트네마틱 밴드 액정셀 제조방법.