KR100195610B1 - 화소분할용 마스크 및 이를 이용한 액정셀 배향방향 제어방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정셀의 배향방향 제어방법에 관한 것으로, 배향막이 도포된 기판에 1차 배향방향을 결정하고, 배향막의 일부를 스테인레스 스틸과 같은 금속 혹은 중합체로 이루어진, 이동가능한 마스크로 블로킹한 상태에서 2차 배향방향을 결정하여 멀티도메인 기판을 얻도록 하는 것이다. 본 발명의 화소분할용 마스크에서는 개구부 사이에 일정한 마진을 가지고 있어서 이동가능한 마스크로 형성이 가능하다.

Description

화소분할용 마스크 및 이를 이용한 액정셀 배향방향 제어방법

본 발명은 멀티도메인 액정셀 제조방법에 관한 것으로, 특히 화소분할용 마스크를 이용하여 액정셀의 배향방향 제어방법에 관한 것이다.

최근, 휴대용 텔레비젼이나 노트북 컴퓨터에 주로 사용되고 있는 액정표시장치는 벽걸이 텔레비젼이나 모니터용으로 사용하기 위한 화면의 대면적화가 강력히 요구되고 있다.

액정디스플레이(LCD)로서 근래에 주로 사용되고 있는 액정셀은 트위스트네메틱(Twisted Nematic) 액정셀로서, 이 TN 액정셀은 시야각에 따라서 각 계조표시(gray level)에서의 광투과율이 달라지는 특성을 보유하므로 그 대면적화에 제한이 되고 있다. 도 1(a)는 상기한 TN 액정셀의 광투과율과 전압과의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 1(b)는 좌우방향의 시야각과 광투과율과의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 1(c)는 상하방향의 시야각과 광투과율과의 관계를 나타내는 도면이다. 상기한 도면에서 나타난 바와 같이, 좌우방향의 시야각에 대해서는 광투과율이 비교적 대칭적으로 분포하지만, 상하방향에 대해서는 광투과율이 비대칭적으로 분포하기 때문에 상하방향의 시야각에서는 이미지가 반전되는 범위가 발생하여 시야각이 좁아지는 문제가 있었다.

근래에 LCD의 시야각이 좁아지는 문제를 해결하기 위해서, 각 화소내에서 주시야각 방향을 달리하여 시야각의 보상효과를 내는 멀티도메인 액정셀이 제안되고 있다. 상기한 멀티도메인의 예로는 2도메인 TN (Two-Domain TN:TDTN) 액정셀과 C-TN (Complementary TN) 액정셀 및 4도메인 TN 액정셀과 같은 멀티도메인이 제안되고 있다.

도 2는 2도메인 TN(TDTN) 액정셀의 구조를 나타내는 도면으로서, 제1기판(1)과 제2기판(2) 위에 도포된 배향막(3)의 배향방향을 각각 제어하여 2도메인된 액정셀을 얻도록 하는 것이다. 즉, 제1기판(1)과 제2기판(2)의 각 화소(pixel)내에서 프리틸트방향(pretilted direction)이 서로 반대가 되도록 배향처리를 하여, 각 화소를 2개로 분할하게 한다. 그리하여, 한 화소내에 2개의 도메인을 보유하여, 이 셀에 계조표시전압을 인가하면, 2도메인의 액정방향자가 서로 반대방향으로 경사지게 되어 시야각에 따른 광투과율이 보상되게 되고, 결국 시야각이 넓어지게 된다.

도 3은 C-TN 액정셀의 구조를 나타내는 도면으로, 2도메인보다 간단한 공정으로 화소분할된 액정셀을 얻을 수가 있다. 즉, 배향막(12)이 도포된 제1기판(11)은 낮은 프리틸트각으로 일정한 프리틸트방향으로 배열하게 되고, 그 마주하는 기판(12)은 높은 프리틸트 각으로 서로 반대로 경사지게 하는 방향자를 가지도록 배향하게 한다. 그리하여, 한 화소내에 2개의 도메인을 보유하여, 이 셀에 계조표시전압을 인가하면, 2도메인의 액정방향자가 서로 반대방향으로 경사지게 되어 시야각에 따른 광투과율이 보상되게 되고, 결국 시야각이 넓어지게 된다.

또한, 도 4는 4도메인 TN 액정셀을 나타내는 도면으로, 실선은 상판의 배향방향을, 점선은 하판의 배향방향을 나타낸다. 도 4(a)는 액정이 왼쪽으로 좌선성 회전하는 TN액정셀이고, 도 4(b)는 오른쪽방향으로 우선성 회전하는 TN 액정셀로 구성된다. 상기한 4도메인을 한 화소에서 구현하므로서 4개 방향에서의 계조표시의 반전이 서로 보상되어 2도메인 액정셀에서 보다 더 넓은 시야각을 가진 액정셀을 얻을 수 있게 된다.

상기한 멀티도메인 액정셀을 얻기 위해서, 현재 가장 흔하게 사용되는 것이 역방향 러빙공정으로 도 5에 나타나 있다. 공정은, 도 5(a)에서 처럼 우선, 폴리이미드(22)가 도포된 전체 기판(21)을 러빙한 하여 도 5(b)의 모노도메인으로 배향된다. 도 5(c)에서, 한 도메인을 포토레지스트(23)로 블로킹한 후, 이전 러빙방향과 반대의 방향으로 역방향 러빙을 실행하여 도 5(d)에서 처럼 포토레지스트(23)로 블로킹되지 않은 도메인은 역방향으로 러빙이 되게 된다. 도 5(e)에서 상기한 포토레지스트(23)를 제거하여 이웃한 도메인과 서로 다른 반대방향의 프리틸트각을 가지는 2개의 도메인으로 나뉜 기판을 얻을 수가 있게 된다.

또한, 광배향에 의한 멀티도메인의 제조방법에 있어서는, 고바야시에 의한 방법(SID 95 DIGEST 877)을 도 6에 나타내었다. 먼저, 도 6(a)는 광배향물질이 도포된 기판에 제1편광방향을 가진 선편광된 광을 기판에 대해서 수직으로 조사하여 제1배향방향을 결정하고, 도 6(b)에서는, 상기한 선편광된 광을 기판에 대해서 경사지게 조사하여 제1프리틸트각 방향을 결정하게 된다. 상기한, 광배향에서 얻어진 모노도메인의 일부에 포토레지스트로 블록킹하여 제1편광방향에 수직인 편광방향을 가진 광을 다시 기판에 수직한 방향에서 조사하여 제2배향방향을 결정한다. 제2배향방향에서 하나의 프리틸트각 방향을 선택하기 위해서 다시 편광된 광을 경사지게 조사하여 제2프리틸트각방향을 결정하게 한 후, 상기한 포토레지스트를 제거하여 도메인이 둘로 나뉘어진 기판을 얻게 된다.

그러나, 러빙방법으로 제작된 멀티도메인 TN 액정셀도 제조시 배향막(주로, 폴리이미드)이 도포된 기판을 러빙하고, 사진식각공정에 의해 포토레지스트를 마스크로 사용하여 첫번째 러빙의 반대방향으로 러빙한 후, 다시 포토레지스트를 제거해야하는 등, 제조공정이 복잡하게 되기 때문에 제조비용이 상승하는 문제가 있었다.

또한, 광배향방법을 이용한 멀티도메인 트위스트네마틱 액정셀의 제조도 제2도메인의 포토레지스트의 마스크를 형성한 후, 배향막이 도포된 기판에 선형편광된 광을 조사하여 제1도메인의 배향방향 및 프리틸트각을 결정한 후, 다시 포토레지스트의 마스크로 제1도메인을 블로킹 하여 제1도메인에 조사되었던 광의 편광방향을 변화시켜 재조사하여 제2도메인의 배향방향 및 프리틸트각을 결정한다.

상기한 방법을 응용하여 도메인을 4개로 분할하여 제작된 4도메인 TN 액정셀은 도메인이 4개로 분할되어 있으므로, 시야각의 보상효과가 2도메인 TN 액정셀이나 도메인 분할된 TN 액정셀보다도 훨씬 커지게 된다.

그러나, 러빙방법이나 광배향 어느 것도 멀티도메인을 얻기 위하여 공정이 복잡한 사진식각공정을 필수적으로 행해야만 한다.

이러한 사진식각공정은 1차 배향처리를 하여, 1차 배향방향이 결정된 배향막의 일부에 네거형이나 포지형의 포토레지스트 성분을 균일하게 바른 후, 유기용제를 휘발하기 위해서 80℃에서 소프트베이크를 하고, 이 포토레지스트 막을 도포한 기판 위에 포토마스크를 올려 놓고 광을 조사해서 멀티도메인의 패턴을 인화한다. 노광을 실시한 후, 현상을 위해서 전용용액으로 처리하여 노광부와 비노광부의 용해도 차이를 이용해서 패턴을 얻게 된다. 이 패턴 위에 러빙 혹은 광 조사를 하여 2차 배향방향을 결정하게 되고, 포토레지스트막을 제거하게 되면 멀티도메인 액정셀을 얻을 수가 있다.

상기한 바대로 사진식각공정은 매우 복잡하여, 특히 4도메인의 액정셀을 형성하기 위해서는 이 공정을 수회 반복해야 하여 공정수가 매우 증가하게 되어 멀티도메인 액정셀의 대량생산에 어려움이 되고 있다.

본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로, 포토레지스트의 마스크대신 금속을 이용한 마스크를 사용하여 사진식각공정을 제거하여 간단한 방법으로 멀티도메인 배향방향 제어방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

도 1은 종래의 트위스트네메틱 액정셀의 특성을 나타내는 도면으로,

(a)는 전압대 광투과율을 나타내는 그래프이고,

(b)는 좌우 시야방향에서 광투과율을 나타내는 그래프이며,

(c)는 상하 시야방향에서 광투과율을 나타내는 그래프.

도 2는 2도메인 트위스트네메틱 액정셀의 구조를 나타내는 도면.

도 3은 C-TN 액정셀의 구조를 나타내는 도면.

도 4는 4도메인 트위스트네메틱 액정셀의 구조를 나타내는 도면.

도 5는 2도메인 형성을 위한 역방향 러빙공정을 나타내는 도면.

도 6은 2도메인 형성을 위한 광배향공정을 나타내는 도면.

도 7은 본 발명의 2도메인의 화소분활용 마스크의 패턴을 나타내는 도면.

도 8은 본 발명의 4도메인의 화소분활용 마스크의 패턴을 나타내는 도면.

도 9는 본 발명에 따른 마스크를 이용한 러빙공정을 나타내는 도면.

도 10은 본 발명에 따른 마스크를 이용한 광배향공정을 나타내는 도면.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 화소분할용 마스크는 개구부 사이에 마진으로 블로킹부가 서로 연결이 되어 있으므로, 동시에 마스크 전체를 이동하는 것이 가능한 패턴으로 되어 있다. 상기한 마스크를 사용한 액정셀의 배향방향 제어방법에 있어서, 2도메인을 형성하기 위해서는 배향막이 도포된 기판에 1차 배향방향을 결정하고, 상기한 배향막의 일부를 상기한 패턴의 마스크로 블로킹한 상태에서 2차 배향방향을 결정하여, 2개의 다른 배향방향을 결정하도록 한다. 이때, 동일한 면적으로 도메인을 나누고자 하면, 상기한 마진폭 만큼을 이동한 후에 다시 2차 배향방향을 결정하여 동일한 면적의 2도메인을 형성한다. 또한, 2도메인보다 시야각 특성을 더욱 향상시킨 4도메인의 배향처리를 하기 위해서는 각 화소의 각 도메인 마다 상기한 이동가능한 마스크의 개구부가 위치하도록 패턴한 4도메인용 마스크를 사용하여, 상기한 마스크의 개구부를 제1도메인에 위치시켜 배향막의 제1도메인에 1차배향방향을 결정하는 단계와, 상기한 마스크의 개구부를 제2도메인에 위치시켜 배향막의 제2도메인에 2차배향방향을 결정하는 단계와, 상기한 마스크의 개구부를 제3도메인에 위치시켜 배향막의 제3도메인에 3차배향방향을 결정하는 단계와, 상기한 마스크의 개구부를 제4도메인에 위치시켜 배향막의 제4도메인에 4차배향방향을 결정하는 단계로 이루어진다.

이때, 이동이 가능한 본 발명의 마스크는 포토마스크와는 달리, 개구부 사이에 일정한 마진이 있어서 전체를 일시에 옮기는 것이 가능한 본 발명의 마스크를 사용하여 각 도메인을 형성하기 위해 이동하는 것이 용이하게 된다.

이하, 본 발명의 이동이 가능한 화소분할용 마스크를 첨부한 도면에 함께 자세히 설명한다. 도 7에서는 본 발명의 2도메인 액정셀 형성을 위한 화소분할용 마스크를 보여주는 것으로, 빗금친 부분은 마스크에서 블로킹된 부분을 나타내고, 공백인 부분은 마스크의 개구부를 나타내는 것이다. 도 7(a)은 R, G, B로 이루어진 액정셀의 한 단위를 나누기 위한 패턴의 일례로서, 마스크의 개구부를 R, G가 차지하도록 하고, 마스크의 블로킹부는 B와 이웃한 단위까지를 차지하도록 패턴닝되어진다. 이때, 마스크의 개구부와 블로킹부의 면적비는 2:4가 되어 일정한 마진 폭만큼의 연결부가 형성된다. 도 7(b)는 액정셀을 이루는 한 기판의 한 단위를 나누기 위한 또 다른 패턴의 일례를 나타내고 있다. R, G, B의 한 단위를 세로로 일정마진으로 연결블로킹부를 연결한 것만이 다르고, 도 7(a)와 동일한 마스크이다.

이때, 마스크는 스테인레스 스틸과 같은 금속이나, 중합체로 이루어질 수 있고, 그 마스크의 두께는 50㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 마스크의 표면의 거칠기가 일정하여 배향처리가 된 배향막에 손상이 없도록 하는 것이 바람직하다.

이하, 본 발명의 화소분할용 마스크로 2도메인으로 나뉘어진 기판을 제조하는 공정에 대해서 자세히 설명하겠다.

상기한 마스크를 사용하여, 동일한 면적의 2도메인의 화소분할을 형성하기 위해 러빙법으로 배향처리를 하는 공정이 도 9에 나타나 있다. 즉, 도 9(a)는 1차 러빙방향을 결정하기 위해, 폴리이미드의 배향막(32)이 도포된 전체 기판(31)을 러빙처리하여 도 9(b)에서의 1차 러빙방향이 결정된 기판이 얻어진다. 상기한, 도 9(b)의 배향막(32) 위에 상기한 도 7(a)의 이동가능한 마스크(33)를 씌운 후, 마스크(33)의 개구부에 도 9(c)와 같이 1차 역방향 러빙처리를 실시하고, 도 9(d)와 같이 상기한 마스크(33)를 상기한 마스크의 개구부 사이의 마진폭 만큼 이동하여 2차 역방향 러빙처리를 실시한다. 이때 1차 역방향 러빙처리와 2차 역방향 러빙처리로 결정된 배향방향은 상기한 1차 배향방향과 역방향인 것이다. 상기한 공정으로 도 9(e)와 같은 동일한 면적으로 나뉘어진 2도메인의 기판을 얻을 수가 있게 되었다. 상기한 공정에서 상기한 마스크를 사용하므로서, 배향방향 제어공정시 사진식각공정을 제거하는 것이 가능하게 된다.

도 10은 본 발명의 화소분할용 마스크로 광배향처리를 하여 멀티도메인 기판의 형성공정을 나타내는 도면이다. 우선, 광배향물질이 도포된 기판에 편광된 광을 기판에 수직과 경사되게 조사하여 제1배향방향을 결정한 후, 도 7에 나타나 있는 2도메인 화소분할용 마스크를 사용하여, 한 단위가 R, G, B로 이루어진 경우, 한 마스크의 개구부는 R과 G에, 나머지 B와 이웃한 픽셀의 R, G, B를 마스크로 블로킹한 후, 상기한 제1배향방향과 수직한 방향의 광조사를 실시하여 제2배향방향을 결정한다. 이때, 제1배향방향으로 배향방향이 결정된 제1도메인과, 제2배향방향으로 배향방향이 결정된 제2도메인의 면적비는 4:2이므로 동일한 면적의 도메인으로 형성하기 위해서 마스크를 이동하여 다시 러빙을 실시한다. 상기한 마스크를 전단계에서 마스크의 개구부에 위치하지 않았던 단위의 나머지 B까지로 이동하여 G와 B에 마스크의 개구부가 위치하도록 하고, 이웃한 단위의 R, G, B와 그것에 이웃한 단위의 R을 마스크로 블로킹하도록 위치한 후, 제1배향방향과 수직한 방향의 광조사를 다시 실시하여 제2배향방향 결정한다. 상기한 공정에 의해서, 2개의 동일한 면적의 도메인을 가진 기판을 형성하는 것이 가능하게 된다.

이때, 마스크는 앞에서와 마찬가지로 스테인레스 스틸과 같은 금속, 중합체로 이루어질 수 있고, 그 두께는 50㎛ 이하인 것이 바람직하다. 또한, 마스크의 표면의 거칠기가 일정하여 배향처리가 된 배향막에 손상이 없도록 하는 것이 바람직하다.

상기한 2도메인의 액정셀 보다 시야각이 개선된 4도메인 액정셀을 형성하기 위해서, 도 8에 나타난 4도메인용 마스크를 이용하는 것이 가능하다. 제1도메인을 형성하기 위해서 제1도메인이 개구되도록 패턴된 마스크를 사용하여 광조사를 실시하여 제1배향방향을 결정하고, 제2도메인을 형성하기 위해서 제2도메인이 개구되도록 패턴된 마스크를 사용하여 광조사를 실시하여 제2배향방향을 결정하고, 제3도메인을 형성하기 위해서 제3도메인이 개구되도록 패턴된 마스크를 사용하여 광조사를 실시하여 제3배향방향을 결정하고, 제4도메인을 형성하기 위해서 제4도메인이 개구되도록 패턴된 마스크를 사용하여 광조사를 실시하여 제4배향방향을 결정하여 4도메인의 기판을 형성한다. 이때 배향처리방법은 러빙이나 광조사 어느 것이여도 좋다.

상기한 공정으로 얻어진 멀티도메인의 기판을 합착하여 액정을 주입하면 멀티도메인의 액정셀을 얻을 수가 있다.

즉, 상기한 2개의 도메인이 형성된 기판을 상하 기판 모두에 적용한 경우, 2도메인(TDTN)을 얻을 수가 있고, 2개의 도메인이 형성된 기판을 한 기판으로 하고, 다른 기판은 배향방향이 일정한 모노도메인을 사용하여 합착하면, C-TN을 얻을 수가 있다. 또한, 광배향으로 배향처리를 실시한 경우, 프리틸트각 방향을 결정하기 위해서 액정의 주입효과와 트위스트력을 이용하면 간단한 공정으로 멀티도메인 액정셀을 얻을 수가 있게 된다. 즉, 액정주입에 평행하게 배향방향이 결정된 도메인에서는 액정이 주입되는 방향쪽으로 프리틸트각 방향이 결정되고 액정주입에 반대방향은 축퇴되어진다. 그러나, 액정주입방향에 수직하게 배향방향이 결정된 경우에는 주입방향에 의해서 프리틸트각 방향이 결정되는 것이 아니고 마주한 기판의 결정된 프리틸트각 방향의 트위스트력으로 결정되어진다.

본 발명은 이동가능한 마스크를 사용하여 용이하게 화소분할을 가능하게 하여 멀티도메인 액정셀의 배향방향 제어가 간단한 공정으로 가능하게 되었고, 멀티도메인 형성시 복잡한 공정으로 대량생산에 문제가 되었던 사진식각공정을 제거하여 공정시간의 단축이 가능하게 되었다.

Claims (22)

1. 배향막이 도포된 기판에 1차 배향처리를 하여 1차 배향방향을 결정하는 단계와,

   상기한 배향막의 일부를 개구부와 블록킹부로 나뉘어진 이동가능한 마스크로 블로킹한 상태에서 마스크의 개구부에 2차 배향처리하여 2차 배향방향을 결정하는 단계로 이루어진 액정셀의 배향방향 제어방법.
2. 제1항에 있어서, 상기한 마스크가 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
3. 제2항에 있어서, 상기한 금속이 스테인레스 스틸인 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
4. 제1항에 있어서, 상기한 마스크가 중합체로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
5. 제1항에 있어서, 상기한 마스크의 두께가 50㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
6. 제1항에 있어서, 제1배향방향과 제2배향방향이 서로 다른 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
7. 제1항에 있어서, 상기한 마스크의 개구부 사이에 일정한 마진을 가지고 있는 마스크인 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
8. 제7항에 있어서, 상기한 마스크가 일정한 마진만큼 이동하여 2차배향처리를 실시하여 2차배향방향을 결정하는 단계를 추가로 구성하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
9. 제7항에 있어서, 제1배향방향으로 배향방향이 결정된 도메인과 제2배향방향으로 배향방향이 결정된 도메인의 면적이 동일한 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
10. 제7항에 있어서, 상기한 마스크의 개구부 사이의 마진의 길이가 개구부 길이의 1/2인 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
11. 접착자재한 마스크를 사용하여 배향막의 제1도메인에 1차배향방향을 결정하는 단계와,

    접착자재한 마스크를 사용하여 배향막의 제2도메인에 2차배향방향을 결정하는 단계와,

    접착자재한 마스크를 사용하여 배향막의 제3도메인에 3차배향방향을 결정하는 단계와,

    접착자재한 마스크를 사용하여 배향막의 제4도메인에 4차배향방향을 결정하는 단계로 이루어진 액정셀의 배향방향 제어방법.
12. 제11항에 있어서, 상기한 마스크가 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
13. 제12항에 있어서, 상기한 금속이 스테인레스 스틸인 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
14. 제11항에 있어서, 상기한 마스크가 중합체로 이루어진 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
15. 제11항에 있어서, 상기한 마스크의 두께가 50㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 액정셀의 배향방향 제어방법.
16. 액정셀의 배향방향 제어를 위해 사용되는 마스크에 있어서, 복수의 개구부를 가지고, 상기한 개구부의 사이에 일정한 마진을 가진 화소분할용 마스크.
17. 제16항에 있어서, 상기한 마스크가 금속으로 이루어진 것을 특징으로 하는 화소분할용 마스크.
18. 제17항에 있어서, 상기한 금속이 스테인레스 스틸인 것을 특징으로 하는 화소분할용 마스크.
19. 제16항에 있어서, 상기한 마스크가 중합체로 이루어진 것을 특징으로 하는 화소분할용 마스크.
20. 제16항에 있어서, 상기한 마스크의 두께가 50㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 화소분할용 마스크.
21. 제16항에 있어서, 상기한 마스크의 개구부가 전체마스크 면적의 1/4인 것을 특징으로 하는 화소분할용 마스크.
22. 제16항에 있어서, 상기한 마스크의 개구부가 전체마스크 면적의 1/3인 것을 특징으로 하는 화소분할용 마스크.