KR100201249B1 - 광배향용 광조사장치 및 그의 조사방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1회의 광조사로 2개의 프리틸트를 얻도록 하는 광배향용 광조사장치를 제공하기 위한 것으로, 본 발명의 광조사장치는 광을 발생하는 램프, 상기한 램프에서 발생하는 광의 조사방향을 결정하는 렌즈, 상기한 렌즈를 통한 광을 흡수하므로서 프리틸트를 제어하는 배향막이 도포된 기판 및 상기한 배향막에 의해서 흡수되지 않은 광을 반사하여 상기한 배향막에 재조사하는 것에 의해, 광에너지의 부과적인 흡수를 발생하는 반사판으로 구성된다. 이때, 조사되는 광은 자외선을 포함하고, 편광된 광 또는 비편광된 광을 포함한다.

Description

광배향용 광조사장치 및 그의 조사방법

본 발명은 액정셀의 광배향용 조사장치에 관한 것으로, 특히 광배향막이 형성된 기판에 광을 조사하여 배향을 실시하는 장치에서 반사영역을 가진 반사판을 이용하여 간단한 방법으로 복수의 프리틸트를 부여하는 광배향용 광조사장치 및 이를 이용한 프리틸트 제어방법에 관한 것이다.

액정셀은 두 개의 기판 사이에 액정을 일정하게 배향시켜 전압인가에 따라 그 액정의 배열을 변화시키는 표시장치이다. 따라서, 액정을 일정하게 배향시키기 위해서는 기판에 배향막을 도포하고 배향처리를 실시해야 한다. 배향처리는 적어도 하나의 기판에 프리틸트각과 프리틸트각 방향으로 정해지는 액정의 프리틸트를 결정하여 액정의 배열을 제어하도록 처리하는 것으로 현재, 기판에 배향막을 도포하고, 그 배향막에 기계적인 마찰에 의해 미세홈(microgrooves)을 형성하는 러빙법이 가장 일반적인 방법이다. 본 발명에서 프리틸트각이라는 것은 두 기판 사이에서 액정의 프리틸트가 한 기판면과 이루는 극각(polar angle)을 말하는 것이고, 프리틸트각 방향이라는 것은 상기한 프리틸트가 한 기판면에 투영되어 그 기판의 기준선과 이루는 방위각(azimuthal angle)을 정의하는 것이다. 또한, 본 명세서에서는 제1기판과 인접한 액정의 프리틸트를 제1배향막의 프리틸트라 하고, 제2기판과 인접한 액정의 프리틸트를 제2배향막의 프리틸트라 정의하고, 액정셀의 중간층의 액정의 프리틸트는 평균 프리틸트라 하여 제1배향막의 프리틸트와 제2배향막의 프리틸트 사이의 상호작용에 의해서 결정된다.

액정셀은 배향막의 프리틸트각에 따라, 수직배향모드와 수평배향모드의 액정셀로 나눌 수가 있다. 또한, 이들은 각각 제1배향막의 프리틸트각 방향과 제2배향막의 프리틸트각 방향에 따라, 그 방향이 서로 수직이면 트위스트 네마틱(Twisted Nematic : 이하 TN이라 칭함) 모드, 그 방향이 순방향으로 평행하면 ECB(Electrically controlled birefringence) 모드, 그 방향이 역방향으로 평행하면 밴드(bend) 모드, 및 그 프리틸트각 방향들이 전계인가에 따라 달라지는 횡전계(In-Plane Switching : 이하 IPS라 칭함)방식이라 하며 액정셀에 적용된다.

현재, 주로 사용되고 있는 액정셀은 수평배향모드의 TN 액정셀로서, 이 TN 액정셀은 시야각에 따라 광투과율이 달라지므로 화면의 대면적화에 제한이 되고 있다.

도 1(a)는 상기한 TN 액정셀의 광투과도와 전압과의 관계를 나타내는 그래프이고, 도 1(b)는 좌우방향의 시야각과 광투과도와의 관계를 나타내는 그래프이며, 도 1(c)는 상하방향의 시야각과 광투과도와의 관계를 나타내는 도면이다. 상기한 도면에서 나타내는 바와 같이, 좌우방향의 시야각에 대해서는 광투과도가 비교적 대칭적으로 분포하지만, 상하방향에서의 광투과도는 비대칭적으로 분포하기 때문에 상하방향의 시야각에서는 이미지가 반전되어 결국 시야각이 좁아지는 문제가 있다.

상기한 문제를 해결하기 위해, 현재 제안되고 있는 것이 하나의 화소에 평균 프리틸트가 다른 2개 이상의 도메인을 형성한 2도메인 액정셀(Two Domain Twisted Nematic : TDTN), 도메인 분할된 액정셀(Domain Divided Twisted Nematic : DDTN) 및 4도메인 액정셀(Four Domain Twisted Nematic)과 같은 멀티도메인 액정셀이다. 상기한 멀티도메인 액정셀은 각 도메인의 프리틸트가 서로 반대방향으로 형성되어 있으므로, 단일 도메인의 시야각 의존성이 보상되어 상하좌우의 어느 방향에서도 이미지의 반전이 없는 광시야각 액정셀을 이룰 수가 있다.

상기한 멀티도메인 액정셀을 제작하기 위해서, 각 도메인마다 다른 프리틸트를 부여하기 위해서 배향처리를 반복 실시하여야 한다. 현재 주로 사용되고 있는 배향방법은 역방향 러빙법으로, 이 방법은 도 2(a)에 나타난 바와 같이, 폴리이미드와 같은 물질로 이루어진 배향막(8)이 도포된 기판(1)에, 러빙포로 기계적인 마찰을 하여 제1프리틸트를 도 2(b)에서처럼 결정한다. 상기한 제1프리틸트와 그 프리틸트각 또는 그 프리틸트각의 방향이 다른 제2프리틸트를 동일한 배향막(8)의 제2도메인(Ⅱ)에 부여하기 위해서 도 2(c)와 같이, 포토레지스트(10)를 전체 배향막(8) 위에 도포한 후, 제2도메인(Ⅱ)만 노광을 하여 포토레지스트(10)를 부분 제거한다. 도 2(d)와 같은 기판면 위에 역방향 러빙을 실시하여 제2도메인(Ⅱ)에 제2프리틸트를 부여한다. 상기한 나머지 포토레지스트(10)도 제거하면 도 2(f)와 같이 2개의 도메인으로 나뉜 배향막(8)이 도포된 기판(1)을 얻을 수가 있다.

그러나, 상기한 역방향 러빙처리로 얻어진 배향막은 배향안정성은 우수하나, 배향막의 기계적 마찰에 의해 먼지와 전하를 발생시킴으로서 기판 위에 형성된 스위칭 소자에 손상을 주거나 배향불량을 일으켜 수율이 떨어지게 된다. 더욱이, 멀티도메인 액정셀 제작시, 기판에 도메인을 나누기 위해 포토레지스트를 도포하고 제거하는 사진식각공정과 같은 복잡한 공정을 실시하여야 하므로 전체 공정이 매우 복잡하게 된다.

상기한 2도메인 액정셀 보다 러빙공정이 감소된 간단한 방법으로 멀티도메인 액정셀을 제조하는 방법으로 도메인 분할된 액정셀이 있다. 이는 도 3(a) 및 도 3(b)에 나타난 바와 같이, 기판(1)에 프리틸트각 형성특징이 다른 무기배향막(8A)과 유기배향막(8B)을 도포하여, 유기배향막(8B)의 일부를 도 3(c)와 같이 제거하여 러빙을 실시(도 3(d))하면 도 3(e)와 같은 프리틸트각이 서로 다른 2개의 도메인이 형성된다.

그러나, 상기한 도메인 분할된 액정셀도 러빙에 의해서 배향되면 러빙에 의해 발생하는 문제, 즉, 먼지나 전하의 발생에 의해 수율이 감소되는 문제가 여전히 남아있다.

본 발명은 상기한 문제를 감안하여 이루어진 것으로 러빙에 의해서 발생하는 문제점을 극복하기 위해서 러빙하지 않고 광을 이용하여 배향을 하게 된다. 특히, 본 발명의 배향막을 적용하므로서 종래의 광배향방법으로 불가능하였던, 프리틸트각의 제어가 전 범위에서 가능하게 되었다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 광조사장치는 광을 발생하는 램프, 상기한 램프에서 발생하는 광의 조사방향을 결정하는 렌즈, 상기한 렌즈를 통한 광을 흡수하므로서 프리틸트를 제어하는 배향막이 도포된 기판, 및 상기한 배향막에 의해서 흡수되지 않은 광을 반사하여 상기한 배향막에 재조사하는 것에 의해, 광에너지의 부과적인 흡수를 발생하는 반사판으로 구성된다. 이 때, 조사되는 광은 자외선을 포함하고, 편광된 광 또는 비편광된 광을 포함한다.

도 1은, 종래의 트위스트 네마틱 액정셀의 특성을 나타내는 도면으로,

(a)는 전압대 광투과율을 나타내는 그래프이며,

(b)는 좌우 시야방향에서의 광투과율을 나타내는 그래프이며,

(c)는 상하 시야방향에서의 광투과율을 나타내는 그래프.

도 2는, 러빙법을 이용한 2도메인 액정셀 제조방법을 나타내는 도면.

도 3은, 종래의 러빙법을 이용한 도메인 분할된 액정셀의 제조방법을 나타내는 도면.

도 4는, 본 발명의 배향막의 프리틸트각 형성특징을 나타내는 그래프.

도 5는, 본 발명의 광조사장치로 프리틸트를 형성하는 과정을 나타내는 도면.

도 6은, 본 발명의 도메인 분할된 액정셀의 제조방법의 일실시예를 나타내는 도면.

본 발명의 광조사장치를 이용하여 폴리실록산계 물질(polysiloxne based materials)의 배향막 형성물질로 광배향처리하여 프리틸트각의 크기를 넓은 범위에서 제어한다. 상기한 물질은 도 4에서 보여지는 바와 같이, 흡수되는 광에너지 양에 따라 배향막에 부여되는 프리틸트각의 크기가 작아지는 특성을 가지므로, 광조사량을 제어하므로서 원하는 크기의 프리틸트각을 얻을 수가 있다.

도 5는, 본 발명의 도메인 분할된 액정셀을 제작하기 위해 배향막에 프리틸트를 부여하는 장치를 나타내는 도면으로, 도면부호 15는 적어도 하나의 반사영역(15A)을 가진 반사판을 나타내는 것이고, 도면부호 11은 본 발명의 배향막(12)이 도포된 기판을 나타내는 것이다.

도면에 나타난 바와 같이, 광이 램프(16)에 의해서 발생하여 렌즈(17)를 통하여 배향막이 도포된 기판(11)에 대해서 θ의 각도로 경사지게 조사되면, 배향막에 흡수되지 않은 광은 배향막에 대해서 다시 -θ의 각도로 반사된다. 상기한 반사된 광은 반사판(15)의 내부에 장착된 반사영역(15A)에서 재반사되어 배향막(12)에 되돌아와 흡수된다. 상기한 광의 경사조사에 의해서 배향막(12)에 흡수된 광의 에너지량은 직접 조사되는 배향막의 제1도메인(Ⅰ)에서 E₁이고 재반사 조사되는 배향막의 제2도메인(Ⅱ)에서 E₂이다. 이때, E₂는 E₁보다 작다. 따라서, 배향막에 형성되는 프리틸트각의 크기도 도 4에서처럼 E₁의 에너지량이 조사되는 제1도메인(Ⅰ)에는 θ_low의 작은 프리틸트각이 형성되고, E₂의 에너지량이 조사되는 제2도메인(Ⅱ)에는 θ_high의 큰 프리틸트각이 형성되므로, 1회의 경사조사로 도메인 분할된 액정셀을 제작하는 것이 가능하다.

이때, 기판에 경사 조사되는 각도(θ), 각 도메인(Ⅰ, Ⅱ)의 길이(D) 및 기판(11)과 반사판(15) 사이의 거리(d)와의 관계는 아래의 수학식으로 표현될 수가 있다.

이 때, θ가 30°이면, tan 30°은 1/√3이므로 기판과 마스크 사이의 거리(d)는 한 도메인의 길이(D)의 ½√3이되고, θ가 45°이면, tan 45°는 1이므로 기판과 반사판 사이의 거리(d)는 한 도메인의 길이(D)의 ½이 되고, 또한 θ가 60°이면, tan 60°은 √3이므로 기판과 반사판 사이의 거리(d)는 한 도메인의 길이(D)의

이 된다.

상기한 광배향 공정을 이용하여 멀티도메인 액정셀을 제작하는 공정은 도 6 에 나타나 있다. 도 6은 도메인 분할된 액정셀의 제조공정을 나타내는 도면으로, 도 6(d)와 같이, 시야각이 보상된 광시야각의 액정셀을 이룰 수가 있다.

도 6(a)는 본 발명의 배향막(12)이 도포된 기판(11)을 나타내는 것으로, 본 발명의 배향막인 도 4와 같은 프리틸트각 형성특징을 가지고 있다. 상기한 배향막(12) 위에 도 6(b)와 같이, 투명영역과 반사영역(15A)을 가진 반사판(15)을 통하여 광을 경사조사하면, 반사판(15)의 투명부에 해당하는 제1도메인(Ⅰ)에는 강한 에너지가 조사되어 낮은 프리틸트각(θ_low)으로 액정이 배향되고, 반사판(15) 반사영역(15A)에 해당하는 제2도메인(Ⅱ)에는 약한 에너지가 조사되어 큰 프리틸트각(θ_high)으로 액정이 배향된다. 이때, 경사조사되는 광으로는 자외선을 포함하고, 편광된 광 또는 비편광된 광을 모두 포함한다.

상기한 바와 같은 공정으로 각 도메인의 프리틸트각이 다른 배향막으로 도포된 2개의 기판을 합착하면, 중간층의 액정의 프리틸트각 방향이 반대인 도메인 분할된 액정셀이 얻어진다. 도 6(c)는 상기한 액정셀의 일예의 평면도를 나타내는 것으로, 실선은 제1배향막의 프리틸트각 방향이고, 점선은 제2배향막의 프리틸트각 방향을 나타내는 것이고, 단일선은 작은 프리틸트각을, 이중선은 큰 프리틸트각을 나타내는 것이다. 또한, 각 프리틸트각 방향 사이의 점은 주시야각 방향을 나타내는 것이다. 상기한 도면에서 선 'A-A'선을 따른 단면도는 도 6(d)에 나타나 있다. 도면에서 알 수 있듯이, 각 도메인의 중간층에 있는 액정은 서로 반대방향으로 프리틸트각 방향이 결정되어 있으므로, 주시야각은 서로 반대방향으로 보상되어 각 도메인의 시야각 의존성이 보상된 광시야각의 액정셀을 제작하는 것이 가능하게 된다.

본 발명은 상기한 바와 같은 일실시예를 예로 들어서 설명하였지만, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 배향막에 조사된 광이 흡수되지 않고 반사되거나 투광되는 광을 반사판을 이용하여 배향막의 일부영역에 재반사하도록 하는 장치로서, 각 영역의 흡수되는 광에너지량에 차등이 생기도록 프리틸트를 제어하는 것과 같은 다양한 응용은 본 발명에 속하는 사람이 본 발명의 개념에 위배됨 없이 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 범위는 상기한 일실시예에 한정되는 것이 아니라, 첨부한 특허청구범위에 의한 정의될 것이다.

본 발명은 상기한 반사영역을 가진 반사판을 가진 광조사장치를 이용하여 광배향으로 액정의 프리틸트를 제어하므로서, 1회의 광조사에 의해 도메인 분할된 액정셀을 얻는 것이 가능하게 되므로, 러빙에 의해 발생되는 문제점을 해결하고, 제조공정수가 단축된 상하좌우 방향에서 시야각을 개선한 멀티도메인 액정셀을 얻는 것이 가능하게 되었다.

Claims (19)

1. 광을 발생하는 램프, 상기한 램프에서 발생하는 광의 조사방향을 결정하는 렌즈, 상기한 렌즈를 통한 광을 흡수하므로서 프리틸트를 제어하는 배향막이 도포된 기판 및 상기한 배향막에 의해서 흡수되지 않은 광을 반사하여 상기한 배향막에 재조사하는 반사판으로 구성되는 광배향용 광조사장치.
2. 제1항에 있어서, 상기한 램프가 자외선 램프인 것을 특징으로 하는 광배향용 광조사장치.
3. 제1항에 있어서, 상기한 광을 편광시키는 편광판이 추가로 구성되는 것을 특징으로 하는 광배향용 광조사장치.
4. 제1항에 있어서, 상기한 광의 조사방향이 상기한 배향막에 대해서 일정각도로 경사진 것을 특징으로 하는 광배향용 광조사장치.
5. 제1항에 있어서, 상기한 배향막이 폴리실록산계 물질인 것을 특징으로 하는 광배향용 광조사장치.
6. 제1항에 있어서, 상기한 반사판이 투명판의 일부영역에 장착된 것을 특징으로 하는 광배향용 광조사장치.
7. 제6항에 있어서, 상기한 반사판의 한 면의 길이(D)가 아래의 수식,

   

   (단, θ는 기판에 광이 조사되는 각도이고, d는 기판과 반사판 사이의 거리)으로 결정되는 것을 특징으로 하는 광배향용 광조사장치.
8. 기판에 광에너지에 따라 형성되는 프리틸트가 달라지는 배향막을 도포하는 단계, 상기한 기판 위에 일정한 폭을 가진 복수의 투명영역 및 복수의 반사영역을 가진 반사판을 일정거리를 두고 정치하는 단계 및 상기한 배향막에 광을 조사하여 투명영역에 대응하는 배향막의 도메인에 흡수되는 광에너지와 반사영역에 대응하는 배향막의 도메인에 흡수되는 광에너지가 다름에 따라서 각 도메인의 프리틸트가 다르게 형성되는 프리틸트 형성방법.
9. 제8항에 있어서, 상기한 광이 자외선인 것을 특징으로 하는 프리틸트 형성방법.
10. 제8항에 있어서, 상기한 광이 편광된 광인 것을 특징으로 하는 프리틸트 형성방법.
11. 제8항에 있어서, 상기한 광이 비편광된 광인 것을 특징으로 하는 프리틸트 형성방법.
12. 제8항에 있어서, 상기한 광의 조사방향이 상기한 기판에 대해서 일정각도로 경사된 것을 특징으로 하는 프리틸트 형성방법.
13. 제12항에 있어서, 상기한 광의 경사각도(θ) 아래의 수식,

    

    (단, D는 반사판의 한 면의 길이이고, d는 마스크와 배향막 사이의 거리)으로 결정되는 것을 특징으로 하는 프리틸트 형성방법.
14. 기판에 배향막을 도포하는 단계, 적어도 하나의 반사판을 상기한 기판과 일정거리를 사이에 두고 정치하는 단계, 상기한 기판에 도포된 배향막에 광을 조사하여 제1프리틸트를 부여하는 제1광흡수 단계 및 상기한 제1광흡수 단계에서 흡수되지 않은 광이 상기한 반사판에 의해서 반사되어 상기한 배향막에 조사되어 제2프리틸트를 부여하는 제2광흡수 단계로 구성되는 액정셀의 프리틸트 제어방법.
15. 제14항에 있어서, 상기한 광이 자외선인 것을 특징으로 하는 프리틸트 형성방법.
16. 제14항에 있어서, 상기한 광이 편광된 광인 것을 특징으로 하는 프리틸트 형성방법.
17. 제14항에 있어서, 상기한 광이 비편광된 광인 것을 특징으로 하는 프리틸트 형성방법.
18. 제14항에 있어서, 상기한 광의 조사방향이 상기한 기판에 대해서 일정각도로 경사된 것을 특징으로 하는 프리틸트 형성방법.
19. 제18항에 있어서, 상기한 광의 경사각도(θ) 아래의 수식,

    

    (단, D는 반사판의 한 면의 길이이고, d는 마스크와 배향막 사이의 거리)으로 결정되는 것을 특징으로 하는 프리틸트 형성방법.

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