KR100195180B1 - 고분자 분산형 액정표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

고분자 분산형 액정표시장치 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극층과 박막트랜지스터가 형성되어 있는 제1기판, 전극층, 블랙 매트릭스 및 칼라필터가 형성되어 있는 제2기판 및 상기 제1, 2기판 사이에 고분자액정복합체가 주입되어 있는 고분자 분산형 액정표시장치에 있어서, 상기 제1기판과 상기 제2기판의 외부 표면에 자외선 차폐 부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치 및 그 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따르면, 기판상에 자외선 차폐 부재를 설치하여 고분자액정복합체의 열화가 방지됨으로써, 시간 경과에 따른 전압유지율의 저하가 감소되므로 신뢰성이 우수한 액정표시장치를 얻을수 있다.

Description

고분자 분산형 액정표시장치 및 그 제조방법
제1도는 일반적인 칼라 박막트랜지스터 고분자 분산형 액정표시장치의 구조도이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
1 : 블랙 매트릭스 2 : 칼라필터
3 : 공통전극 4 : 기판
5 : 고분자액정복합체 6 : 박막 트랜지스터
7 : 화소전극
본 발명은 고분자 분산형 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하기로는 고분자액정복합체의 열화가 방지되고, 시간 경과에 따른 전압유지율의 저하가 감소됨으로써 신뢰성이 향상된 고분자 분산형 액정표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
현재 액정표시장치의 주류를 이루고 있는 것은 TN(Twisted Nematic) 및 STN(Super Twisted Nematic) 액티브 매트릭스 박막 트랜지스터 액정 표시장치이다. 이들은 편광판을 사용하기 때문에 광의 이용효율이 적어 휘도가 떨어지고 시야각이 20°내외로 좁다. 또한 표면배향을 필요로 하므로 화소밀도가 높아지면 박막 트랜지스터 소자 주위의 배향처리가 어려워지는 문제점이 있다. 따라서 평광판대신 광의 산란 및 투과현상을 이용하는 액정표시장치를 개발하기 위한 연구가 광범위하게 이루어져 온 결과, 최근 고분자에 액정을 분산시킨 광산란모드의 고분자 분산형 액정(PDLC : Polymer Dispered Liquid Crystal) 및 고분자그물형 액정(PNLC : Polymer Network Liquid Crystal)표시 장치가 개발되었다.
PNLC는 액정이 연속상이고 고분자가 가교된 3차원적 그물 모양의 구조이고, PDLC는 고분자가 연속상이고 액정이 드로플렛을 형성하는 구조이다. PNLC는 액정과 고분자의 굴절율 의존성이 크지 않다는 점에서 PDLC와 그 동작원리가 다르며, 일반적으로 구동전압도 PDLC보다 낮게 나타난다.
상기 PDLC의 제조 방법으로서 투명고분자수지에 액정을 분산시킨 방식이 있다(미국특허 제4,435,047호). 이것은 젤라틴이나 아라비아고무 또는 폴리비닐알코올 수용액에 액정을 고르게 분산시킨 다음 이를 전도성 물질인 ITO(Indium Tin Oxide)가 코팅되어 있는 유리판이나 폴리에스테르 필름위에 5-20㎛의 두께로 균일하게 코팅한 뒤 물을 증발시킨 다음 ITO가 코팅된 다른 유리판이나 포리에스테르 필름과 접착시켜 PDLC를 제조하는 방법이다. 또 다른 제조 방법으로는 고분자와 액정 모노머의 용해도 차이를 이용하는 상분리 방법이 있다(미국특허 제4,688,900, 제4,685,771호). 이 방법은 액정모노머를 투명 고분자 수지의 모노머 또는 올리고머에 용해시킨 다음 자외선이나 열에 의해 중합시키면, 중합반응이 진행됨에 따라 액정모노머의 용해도가 감소되어 액정모노머가 드로플렛 형태로 석출되는 원리를 이용한 것이다. PDLC에서는 전계 무인가시 액정과 고분자의 광굴절률이 불일치하므로 입사광의 산란으로 셀(Cell)은 불투명하게 나타나고 전계 인가시는 액정이 전계방향으로 배열되어 셀은 투명하게 나타난다.
PDLC는 편광판을 사용하지 않기 때문에 기존의 액정표시장치보다 광의 이용효율이 높아 휘도가 우수하며 시야각이 우수한 조광표시가 가능해진다. 따라서 고휘도를 갖는 투사형 액정 표시장치로의 이용가능성이 높다.
PDLC를 투사형 액정표시장치에 이용하기 위해서는 IC 구동전압 범위내에서 저전압 구동이 가능해야 하며, 동화상을 구현하기 위해서 빠른 응답속도를 가져야 한다. 또한 고휘도의 화면을 얻기 위해서는 최대 투광도와 콘트라스트비가 높아야 한다.
제1는 일반적인 칼라 박막트랜지스터 고분자 분산형 액정표시장치의 구조도이다.
이러한 액정표시장치는 블랙 매트릭스(1), 칼라필터(2), 공통 전극(3), 기판(4), 고분자액정복합체(5), 박막트랜지스터(6), 화소전극(7) 등으로 구성된다. 이 때 공통전극은 도전성을 위하여, 박막 형태의 트랜지스터는 액정표시장치의 화상 표시를 위하여, 칼라필터는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 칼라 화상을 얻기 위하여, 블랙 매트릭스는 불필요한 빛을 차단하여 R, G 및 B 칼라간의 색간섭을 방지하고 강력한 광원으로부터 박막 트랜지스터를 보호하기 위한 것으로서 모두 필수적이다.
이하, 통상적인 방법에 따라 고분자 분산형 액정표시장치를 제조하는 방법을 설명하기로 한다.
제1도에서 알 수 있는 바와 같이, 칼라필터(2)와 블랙 매트릭스(1)는 동일 기판상에 형성하고, 박막트랜지스터(6)는 반대쪽 기판상에 형성한다.
상기 두 기판을 조합하여 공셀을 형성하고 여기에 고분자/액정 조성물을 주입한 다음 자외선을 조사하여 경화시킨다.
상기 고분자/액정 조성물은 액정 모노머, 자외선 중합성 모노머와 올리고머 및 자외선 중합용 개시제로 구성된다. 이 조성물을 이용한 고분자액정복합체 제조시, 자외선 중합용 개시제의 100%가 중합반응에 참여하는 것이 가장 이상적이다. 그러나, 이는 현실적으로 불가능하여 통상 미반응의 개시제가 잔류하게 된다. 이렇게 잔류되어 있는 미반응의 개시제는 자외선에 의하여 라디칼을 형성시킨다. 이로 말미암아 이미 형성된 고분자액정복합체가 열화됨으로써 시간이 경과됨에 따라 전압유지율이 점차적으로 저하되는 문제점이 생긴다.
그러므로 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하여 미반응 중합개시제로 인한 고분자액정복합체의 열화를 방지하고, 이로 인한 전압유지율의 저하를 억제함으로써 신뢰성이 개선된 고분자 분산형 액정표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 고분자 분산형 액정표시장치를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 전극층과 박막트랜지스터가 형성되어 있는 제1기판, 전극층, 블랙 매트릭스 및 칼라 필터가 형성되어 있는 제2기판 및 상기 제1, 2기판사이에 고분자액정복합체가 주입되어 있는 고분자 분산형 액정표시장치에 있어서, 상기 제1기판과 상기 제2기판의 외부 표면에 자외선 차폐 부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치를 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 전극층과 박막 트랜지스터가 형성된 제1기판에 스페이서를 분사하는 단계; 블랙 매트릭스, 칼라필터 및 전극층이 형성되어 있는 제2기판 상부에 실란트를 도포한 다음, 상기 제1기판과 접합하여 공셀을 형성하는 단계; 상기 공셀에 고분자/액정 조성물을 주입한 다음, 자외선을 조사하는 단계; 상기 공셀의 제1기판과 제2기판 외부 표면에 자외선 차폐부재를 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조 방법에 의해 달성된다.
상기 자외선 차폐 부재는 통상적인 자외선 영역 범위 즉, 2-400㎚ 영역의 자외선을 차단시키는데, 특히 자외선 중합용 개시제의 광흡수 영역인 250-380㎚ 영역의 빛을 효과적으로 차단한다.
본 발명은 액정 모노머로는 말단이 시안기 또는 불소로 치환된 액정이나 이들의 혼합 액정을 주로 사용하는데, 전압 유지율과 히스테리시스 및 콘트라스트 등의 물성을 고려할 때 불소계 액정에 시안계 액정이 소량 첨가된 혼합 액정이나 불소계 액정만을 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서는 상, 하기판상에 자외선 중합용 개시제의 광흡수 영역에 해당하는 빛을 차단시킬 수 있는 자외선 차폐부재를 설치함으로써, 미반응의 개시제가 라디칼을 생성하는 것을 방지하고자 한 것이다.
본 발명에서 사용된 자외선 중합성 올리고머로는 방향족 우레탄 아클리레이트, 지방족 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 에스테르 아크릴레이트 및 그 유도체 등이 있다. 또한 자외선 중합성 모노머로는 스티렌 및 그 유도체; 메틸, 에틸. 프로필, 부틸, 펜틸, 헥실, 아밀, 2-에틸헥실, 옥틸, 노닐, 도데실, 이소데실, 라우릴, 헥사데실, 사이클로헥실, 벤질, 메톡시에틸, 에톡시에틸, 부록시에틸, 페녹시에틸, 알릴, 메타알릴, 글리시딜, 2-하이드록시에틸, 2-하이드록시프로필, 3-클로로-2-하이드록시프로필, 디메틸아미노헥실, 디에틸아미노헥실, 이소보닐 등과 같은 치환기를 가지는 아크릴레이트 또는 메타크릴레이트; 에틸렐글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 테트라메틸렌 글리콜, 헥사메틸렌 글리콜, 네오펜틸글리콜, 부탄디올, 헥산디올, 트리메틸올프로판, 판타에리트리톨, 디펜타에리트리톨 등의 다관능성 아크릴레이트와 메타크릴레이트 및 그 유도체 등이 있다.
자외선 중합 반응을 진행시킬 때 사용될 수 있는 자외선 중합용 개시제로는 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1온(머크사, 다로큐어 1173), 1-하이드록시사이클로헥실페닐케톤(시바-가이기사, 이가큐어 184), 1-(4-이소프로필페닐)-2-하이드록시-2-메틸프로판-1-온(머크사, 다로큐어 1116), 벤질디메틸케탈(시바-가이기사, 이가큐어 651)등이 있다.
본 발명의 기판으로는 유리기판이나 플라스틱 기판, 코닝글라스를 사용하여 포토리소그래피법에 의하여 제조된 박막 트랜지스터 기판 등을 사용할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하되, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
자외선 중합성 올리고머 및 모노머로서 아로닉스 M-1700(토아 고세이 케미칼) 5wt%, 에틸헥실 아크릴레이트 15wt%, n-부틸 아크릴레이트 1owt% 및 2-하이드록시에틸아크릴레이트 3wt%를 혼합하여 사용하였다. 여기에 액정 모노머로서 불소계 액정인 TL-205(머크사) 66.8wt%와 자외선 중합용 개시제인 다로큐어-1173 0.2wt%를 부가한 다음, 균일하게 혼합하여 고분자/액정 조성물을 준비하였다.
ITO전극과 박막 트랜지스터가 형성된 유리기판위에 약 10㎛ 두께로 스페이서를 분사하였다. 다른 유기기판위에 블랙 매트릭스, 칼라필터 및 ITO전극을 형성하고, 자외선 경화성 실라트를 실프린팅하였다. 이 두 기판을 접합하여 공셀을 제조한 다음, 여기에 상기 고분자/액정 조성물을 진공주입하였다. 액정 주입구를 막은 다음, 약 4mW/㎠의 강도를 가지는 자외선을 약 2분동안 조사하였다. 그 후 얻어진 고분자 분산형 액정표시장치의 구동전압, 응답시간 및 전압유지율을 측정하였다.
얻어진 셀의 상, 하 유리기판 외부 표면에 자외선 차단막으로서 글라스 필터인 Y-43(도시바사)를 접착시켰다. 형성된 셀에 약 5mW/㎠의 강도를 갖는 자외선을 약 500시간 조사한 후의 구동전압, 응답시간 및 전압유지율을 측정하였다.
[실시예 2]
액정 모노머로서 불소계 액정인 TL-205(머크사) 50wt%와 시안계 액정인 Bl-001 8wt%를 혼합하여 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
[비교예 1]
자외선 차단막을 설치하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
[비교예 2]
자외선 차단막을 설치하지 않은 것을 제외하고는, 실시예 2와 동일한 방법으로 실시하였다.
[비교예 3]
액정 모노머로서 시안계 액정인 BL-001 66.8wt%를 사용한 것을 제외하고는, 비교예 1의 방법과 동일한 방법으로 실시하였다.
상기 실시예 및 비교예에 따라 제조된 고분자 분산형 액정표시장치의 전기광학 특성을 다음의 표 1에 나타내었다.
조건 1 : 약 4mW/㎠의 강도을 갖는 자외선을 약 2분동안 조사한 후의 상태
조건 2 : 약 5mW/㎠의 강도를 갖는 자외선을 약 500시간 조사한 후의 상태
상기 표 1로부터, 실시예 1의 경우는 자외선 차단막 설치전, 후의 전기광학 특성의 변화가 거의 없었고, 실시예 2의 경우는 구동전압 및 응답시간은 그다지 큰 변화가 없었으나, 전압유지율이 약간 저하되었다. 이러한 실험결과로부터 상, 하기판상에 자외선 차단막을 설치하면 자외선에 의한 미반응 자외선 중합용 개시제의 분해가 거의 없음을 알수 있었다.
비교예 1-2의 경우는 구동전압은 거의 변화가 없었으나, 응답시간이 증가하였으며, 전압유지율이 급격하게 감소하였다. 또한 액정 모노머로서 시안계 액정을 사용한 비교예 3의 경우는 응답시간이 약간 증가하였으며, 전압유지율이 10% 미만으로 급격히 감소하였다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 기판상에 자외선 차폐 부재를 설치하면 고분자액정복합체의 열화가 방지됨으로써, 시간 경과에 따른 전압유지율의 저하가 감소되므로 신뢰성이 우수한 액정표시장치를 얻을수 있다.

Claims (5)

  1. 전극층과 박막트랜지스터가 형성되어 있는 제1기판, 전극층, 블랙 매트릭스 및 칼라 필터가 형성되어 있는 제2기판 및 상기 제1, 2기판사이에 고분자액정복합체가 주입되어 있는 고분자 분산형 액정표시장치에 있어서, 상기 제1기판과 상기 제2기판의 외부 표면에 자외선 차폐 부재가 구비되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 자외선 차폐 부재가 250 내지 380㎚의 빛을 차단하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치.
  3. 전극층과 박막 트랜지스터가 형성된 제1기판에 스페이서를 분사하는 단계; 블랙 매트릭스, 칼라필터 및 전극층이 형성되어 있는 제2기판 상부에 실란트를 도포한 다음, 상기 제1기판과 접합하여 공셀을 형성하는 단계; 상기 공셀에 고분자/액정 조성물을 주입한 다음, 자외선을 조사하는 단계; 상기 공셀의 제1기판과 제2기판 외부 표면에 자외선 차폐부재를 설치하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 자외선 차폐부재가 250 내지 380㎚의 빛을 차단한 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 고분자/액정 조성물을 구성하는 액정 모노머가 불소계 액정 및 불소계 액정과 시안계 액정의 혼합물중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법.
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