KR100245052B1 - Liquid crystal display alignment layer and method of processing alignment - Google Patents
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Abstract
본 발명에 따른 액정표시소자의 배향막의 배향처리방법은, 기판을 제공하는 단계와, 상기한 기판에 PI(polyimide) 등의 고분자막을 도포하는 단계와, 상기한 기판을 러빙하여 배향방향이 형성된 러빙배향막을 완성하는 단계와, 상기한 러빙배향막에 PVCN(polyvinyl cinnamate) 계 물질 또는 PSCN(polysiloxane cinnamate) 계 물질인 광배향물질을 도포하는 단계와, 상기한 광배향물질을 경화(curing)하여 광배향막을 형성하는 단계와, 상기한 광배향막에 광조사하여 틸트방향을 결정하는 단계로 구성된다.The alignment method of the alignment layer of the liquid crystal display device according to the present invention comprises the steps of providing a substrate, applying a polymer film such as polyimide (PI) to the substrate, and rubbing the substrate to form a rubbing in which an alignment direction is formed. Completing an alignment layer, applying a photoalignment material of a polyvinyl cinnamate (PVCN) -based material or a polysiloxane cinnamate (PSCN) -based material to the rubbing alignment film, and curing the photoalignment material to the photoalignment film And forming a tilt direction by irradiating the optical alignment layer with light.
Description
본 발명은 액정표시소자에 관한 것으로, 특히 배향막의 배향력을 강화하고 공정을 단순화 한 액정표시소자의 배향막 및 배향처리방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE
일반적으로, 대면적, 고화질의 액정표시장치(Liquid Crystal Display device)로서 주로 사용되는 TN(Twisted Nematic)-LCD의 액정배향막은 투명전극의 안쪽에 배치되어, 직접 액정분자와 접하고 있다. 액정배향막과 액정분자의 계면에 있어서, 액정 분자의 배향은 액정배향막의 일축연신 방법에 의한 액정분자의 일축배향성과 액정배향막과 액정분자가 이루는 각도(프리틸트각(pretilted angle)) 로 표현하는 것이 가능하다.In general, the liquid crystal alignment film of TN (Twisted Nematic) -LCD, which is mainly used as a large-area, high-definition liquid crystal display device, is disposed inside the transparent electrode to directly contact the liquid crystal molecules. At the interface of the liquid crystal alignment film and the liquid crystal molecules, the alignment of the liquid crystal molecules is expressed by the uniaxial alignment of the liquid crystal molecules by the uniaxial stretching method of the liquid crystal alignment film and the angle (pretilted angle) between the liquid crystal alignment film and the liquid crystal molecules. It is possible.
액정배향막에 일축연신 처리를 하는 수단으로서 이용되는 종래의 러빙법은 고분자를 코팅한 기판을 천으로 문지르는 간단한 방법으로 대면적화와 고속처리가 가능하여 공업적으로 널리 이용되고 있는 방법이다.The conventional rubbing method used as a means for performing a uniaxial stretching process on a liquid crystal aligning film is a simple method of rubbing a substrate coated with a polymer with a cloth, and is a method widely used industrially because of its large area and high speed processing.
종래의 롤러를 사용하여 기판을 러빙배향하는 방법을 나타내는 도면을 도 1에 나타내었다. 종래의 러빙법은 우선, 칼라필터 또는 TFT 등이 부착되는 기판(1)을 제공하고, 상기한 기판에 PI나 PVA(polyvinyl alcohol) 등의 고분자막을 도포하여 배향막(10)을 형성한다. 롤러(20)는 원통형의 롤(21)에 나일론이나 폴리에스테르 등의 섬유질로 이루어진 배향포(23)를 감아 부착시킨다. 상기한 기판(1)을 기판반송장치(도면에 나타내지 않음)에 설치하여 기판진행방향(40)으로 이동시키고, 상기한 롤러(20)를 회전시킴으로써, 기판면을 기계적으로 임의의 방향으로 문지르는 방법이다.1 is a view illustrating a method of rubbing orientation of a substrate using a conventional roller. The conventional rubbing method first provides a
상기한 방법으로 기판을 러빙하면, 액정배향막과 액정분자 사이의 반데르 발스힘(Van der Waals force)에 의해 액정분자는 PI사슬의 연신방향에 따라 배향하며, 배제체적 효과(excluded volume effect)에 의해 액정 분자는 액정배향막 상에서 자신의 배제체적이 최소가 되도록 변화한 PI사슬에 따라 배열한다. 이것으로부터 액정분자는 러빙방향에 따른 배향을 나타내고, 또 액정분자의 프리틸트각은 러빙방향으로 발생한다.When the substrate is rubbed by the above-described method, the liquid crystal molecules are oriented in the stretching direction of the PI chain by Van der Waals force between the liquid crystal alignment layer and the liquid crystal molecules, and the excluded volume effect As a result, the liquid crystal molecules are arranged in accordance with the PI chain changed on the liquid crystal alignment film so as to minimize its exclusion volume. From this, the liquid crystal molecules exhibit orientation along the rubbing direction, and the pretilt angle of the liquid crystal molecules is generated in the rubbing direction.
또한, 상기한 방법으로 기판을 러빙하면, 배향막에 균일한 미세홈(micro grooves)이 형성된다. 이 미세홈은 탄성변형에너지(elastic deformation energy)를 최소화시키도록 액정분자(liquid crystal molecules)를 상기한 미세홈과 평행하게 배열한다. 그러나, 상기한 러빙공정에서는 배향포와 배향막의 마찰강도에 따라 배향막에 형성되는 미세홈의 형태가 달라지기 때문에 액정분자의 배열이 불균일하게 되어 위상왜곡(phase distortion)과 광산란(light scattering)이 발생하게 되는데, 이러한 위상왜곡과 광산란은 LCD의 성능에 중대한 영향을 끼칠 수 있다.In addition, when the substrate is rubbed by the above method, uniform micro grooves are formed in the alignment layer. The microgrooves arrange liquid crystal molecules in parallel with the microgrooves so as to minimize the elastic deformation energy. However, in the above rubbing process, since the shape of the microgrooves formed in the alignment layer varies according to the frictional strength of the alignment cloth and the alignment layer, the arrangement of liquid crystal molecules becomes nonuniform, resulting in phase distortion and light scattering. This phase distortion and light scattering can have a significant impact on the performance of the LCD.
따라서, 이와 같은 러빙법은 프리틸트각의 값이 성막조건이나 러빙조건에 의하여 미묘하게 변동하므로, 그 실현성에 있어서는 충분한 고려가 필요하다. 더불어 폴리머막을 배향포로 문지르는 방법이기 때문에, 미세한 먼지의 발생이나 고압의 정전기에 의한 미세 방전(ESD, Electrostatic discharge)의 발생이라는 문제가 있다. 먼지는 고정세 화소전극이나 성막, 노광, 에칭의 반복에 의한 TFT(Thin Film Transistor)의 형성공정에 있어서 큰 장애가 된다. 국부적인 방전은 배향막 자체의 손상, 또는 투명전극이나 TFT의 단선이나 정전기 파괴의 원인이 된다. 그 밖에 TFT용 배향막에는 충전전하를 장시간 유지 가능할 수 있는 전압 보존율이 높아야하는 특성도 요구된다.Therefore, in this rubbing method, the value of the pretilt angle fluctuates slightly depending on the film forming conditions or the rubbing conditions, and therefore sufficient consideration is required in the realization thereof. In addition, since the polymer film is rubbed with an alignment cloth, there is a problem of generation of fine dust or generation of electrostatic discharge (ESD) by high pressure static electricity. Dust is a major obstacle in the process of forming a thin film transistor (TFT) by repeating a high definition pixel electrode, film formation, exposure and etching. Local discharge may cause damage to the alignment film itself, or cause disconnection or electrostatic destruction of the transparent electrode or TFT. In addition, the TFT alignment film is also required to have a property of having a high voltage storage rate, which can maintain charge charge for a long time.
또한, 동작방식에 있어서, 칼라필터(color filter) 또는 TFT 기판 형성 시에 발생되는 단차에 의한 배향 불균일, 및 배향 스크래치(scratch)가 발생하여 무배향부가 발생되는 문제점이 있다.In addition, in the operation method, there is a problem in that an orientation nonuniformity due to a step generated when a color filter or a TFT substrate is formed, and an orientation scratch occurs to generate an unaligned portion.
특히, TN-LCD는 좌우방향의 시야각에 대해서는 광투과도가 대칭적으로 분포하지만, 상하방향에 대해서는 광투과도가 비대칭적으로 분포하기 때문에, 상하방향의 시야각에서는 이미지가 반전되는 범위가 발생되어 시야각이 좁아지는 문제도 있다.Particularly, in TN-LCD, light transmittance is distributed symmetrically with respect to the viewing angle in the left and right directions, but light transmittance is distributed asymmetrically with respect to the up and down directions. There is also a narrowing problem.
이러한 액정의 비등방성을 보완하기 위해 TDTN(Two Domain TN)-LCD, DDTN(Domain Divided TN)-LCD와 같은 멀티도메인(multi-domain) TN-LCD가 제안되고 있다. 이러한 멀티도메인 TN-LCD의 제조공정은 사진식각(photolithography)과 러빙(rubbing)으로 특징지어질 수 있다. 즉, 각 화소 내에 서로 반대방향, 혹은 서로 다른 배향방향을 갖는 도메인을 형성하기 위해서는 2번의 사진식각공정과 러빙공정이 필요하며, 이것을 더욱 발전시킨 4도메인 TN-LCD도 가능하다.In order to compensate for the anisotropy of such liquid crystals, multi-domain TN-LCDs such as two domain TN-LCDs and domain-divided TN-LCDs have been proposed. The manufacturing process of such a multi-domain TN-LCD can be characterized by photolithography and rubbing. In other words, two photolithography and rubbing processes are required in order to form domains having opposite or different alignment directions in each pixel, and a four-domain TN-LCD further developed.
그러나, 2도메인 TN-LCD는 콘트라스트비(contrast ratio)가 10보다 높은 범위의 상하 시야각이 ±25。 밖에 되지 않으며, 4도메인 TN-LCD의 경우도 상하좌우 시야각이 ±40。 정도 밖에 되지 않는다는 문제점과, 결정적으로 제조 공정이 복잡하다는 단점이 존재한다. 또한, 액정셀 자체의 신뢰성이라든지 틸트각의 불안정성 등의 문제점도 여전히 잔존한다.However, the two-domain TN-LCD has only a vertical viewing angle of ± 25 ° with a contrast ratio higher than 10, and the four-domain TN-LCD has only a vertical viewing angle of only ± 40 °. And crucially, there are disadvantages in that the manufacturing process is complicated. In addition, problems such as reliability of the liquid crystal cell itself and instability of the tilt angle still remain.
상기한 바와 같은 러빙법의 문제점을 해결하기 위해 제안된 배향처리방법이 광배향처리방법으로, 액정분자의 배향은 광의 조사에 의한 배향막의 광중합반응(photopolymerization)에 기인한다. 상기한 종래의 광배향 방법은 자외선을 2회 조사하여 배향방향을 결정하는 것이다.The alignment treatment method proposed to solve the problems of the rubbing method as described above is a photo-alignment treatment method, and the alignment of liquid crystal molecules is caused by photopolymerization of the alignment film by irradiation of light. The conventional photo-alignment method is to irradiate ultraviolet rays twice to determine the orientation direction.
이 광배향 방법에서는 배향막으로 PVCN계 고분자의 광배향막을 사용하여, 상기한 배향막에 자외선을 수직 및 경사 조사하므로써 배향막 표면의 프리틸트방향을 결정한다. 이때, 배향막과 자외선의 조사각도를 변화시켜 배향막 표면의 프리틸트각을 결정한다.In this photo-alignment method, the pretilt direction of the alignment film surface is determined by irradiating the alignment film vertically and obliquely using an optical alignment film of PVCN polymer as the alignment film. At this time, the irradiation angles of the alignment film and the ultraviolet light are changed to determine the pretilt angle of the alignment film surface.
그러나, 이러한 광배향법은, 광배향막에 있어서의 약한 이방성과 그로 인한 약한 속박에너지(anchoring energy), 그리고 액정의 배향불균일과 액정과의 작용으로 인한 전경(disclination) 및 액정 주입시 나타나는 플로우(flow)자국 등이 해결과제로 남아 있다. 또한, 한 기판에 2회 조사를 하므로써 하나의 도메인 형성을 위해서 4회의 조사가 필수적이며(상·하 기판), 따라서, 멀티도메인 구조를 형성하려면 한 픽셀에 대한 조사횟수가 급수적으로 늘어나므로 조사 공정이 복잡해지는 문제가 생긴다.However, this photo-alignment method is characterized by weak anisotropy in the photo-alignment film and consequently weak anchoring energy, disclination due to liquid crystal orientation unevenness and action of the liquid crystal, and a flow appearing during liquid crystal injection. The traces remain a challenge. In addition, four irradiations are essential for forming one domain by performing two irradiations on one substrate (upper and lower substrates). Therefore, the number of irradiations for one pixel increases in order to form a multi-domain structure. This complicated problem arises.
본 발명은 상기한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로서, 배향막의 배향력을 강화하고 공정을 단순화 한 액정표시소자의 배향막 및 배향처리방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.SUMMARY OF THE INVENTION The present invention has been made in view of the above problems, and an object thereof is to provide an alignment film and an alignment treatment method for a liquid crystal display device which strengthen the alignment force of the alignment film and simplify the process.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정표시소자의 배향막의 배향처리방법은, 기판을 제공하는 단계와, 상기한 기판에 PI 등의 고분자막을 도포하는 단계와, 상기한 기판을 러빙하여 배향방향이 형성된 러빙배향막을 완성하는 단계와, 상기한 러빙배향막 상에 PVCN계 물질 또는 PSCN계 물질인 광배향물질을 도포하는 단계와, 상기한 광배향물질을 경화하여 광배향막을 형성하는 단계와, 상기한 광배향막에 광조사하여 틸트방향을 결정하는 단계로 구성된다.In order to achieve the above object, the alignment treatment method of the alignment film of the liquid crystal display device according to the present invention comprises the steps of providing a substrate, applying a polymer film such as PI to the substrate, and rubbing the substrate Comprising: forming a rubbing alignment film having an orientation direction, applying a photoalignment material of PVCN-based material or PSCN-based material on the rubbing alignment film, and curing the optical alignment material to form a photoalignment film; And determining the tilt direction by irradiating the optical alignment layer with light.
또한, 본 발명에 따른 액정표시소자의 배향막의 다른 배향처리방법은, 기판을 제공하는 단계와, 상기한 기판에 PI 등의 고분자막을 도포하는 단계와, 상기한 기판을 스탬핑하여 배향방향이 형성된 스탬핑배향막을 완성하는 단계와, 상기한 스탬핑배향막 상에 PVCN계 물질 또는 PSCN계 물질인 광배향물질을 도포하는 단계와, 상기한 광배향물질을 경화하여 광배향막을 형성하는 단계와, 상기한 광배향막에 광조사하여 틸트방향을 결정하는 단계로 구성된다.In addition, another alignment treatment method of the alignment film of the liquid crystal display device according to the present invention comprises the steps of providing a substrate, applying a polymer film such as PI to the substrate, and stamping the substrate to form an orientation stamping Comprising the step of completing the alignment layer, the step of applying a photo-alignment material of PVCN-based material or PSCN-based material on the stamping alignment film, the step of curing the photo-alignment material to form a photo-alignment film, the photo-alignment film And irradiating light to determine the tilt direction.
도 1은, 종래의 러빙배향방법을 나타내는 단면도.1 is a cross-sectional view showing a conventional rubbing orientation method.
도 2는, 본 발명의 제1실시예를 나타내는 도면.Fig. 2 is a diagram showing a first embodiment of the present invention.
도 3은, 본 발명의 제2실시예를 나타내는 도면.3 shows a second embodiment of the present invention;
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 *Explanation of symbols on the main parts of the drawings
1 : 기판 3 : 러빙배향막1: substrate 3: rubbing alignment film
5, 9 : 광배향막 7 : 스탬핑배향막5, 9: photo-alignment layer 7: stamping alignment layer
10 : 배향막 20 : 롤러10: alignment film 20: roller
21 : 롤 23 : 배향포21: roll 23: alignment cloth
40 : 기판의 진행방향 70 : 롤러의 회전방향40: traveling direction of the substrate 70: rotation direction of the roller
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 액정표시소자의 배향막 및 배향처리방법의 실시예를 상세히 설명한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail an embodiment of the alignment film and the alignment treatment method of the liquid crystal display device of the present invention.
도 2는 본 발명의 제1실시예를 나타내는 도면이다. 동일 도면에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 배향막의 배향처리방법은 칼라필터 또는 TFT 등이 부착되는 기판(1)을 제공하는 단계와, 상기한 기판에 PI 등의 고분자막을 도포하는 단계와, 상기한 기판을 러빙하여 배향방향을 형성하므로써 러빙배향막(3)을 완성하는 단계와, 상기한 러빙배향막에 UV배향물질을 도포하는 단계와, 상기한 UV배향물질을 경화(curing)하여 광배향막(5)을 형성하는 단계와, 상기한 광배향막에 광조사하여 틸트방향을 결정하는 단계로 구성된다.2 is a diagram showing a first embodiment of the present invention. As shown in the same drawing, the alignment treatment method of the alignment film of the present invention comprises the steps of providing a substrate (1) to which a color filter or TFT is attached, and applying a polymer film such as PI to the substrate, Completing the
제1실시예의 러빙배향막(3)을 형성함에 있어서, 러빙법은 종래의 방법을 사용하고, 상기한 러빙법으로써 기판에 도포된 고분자막에 미세홈이 생기고 이 미세홈 때문에 러빙배향막이 이방성을 나타낸다. 그리고, 상기한 UV배향물질은 PVCN계 물질 또는 PSCN계 물질 등을 사용하며, 이 물질을 경화하는 단계에 있어서는, 사용되는 UV배향물질의 성질에 따라 적정 시간동안 적정 온도를 적용한다.In forming the
상기한 광배향막(5)은 경화를 하므로써, 이미 형성된 러빙배향막의 영향을 받아 상기한 러빙배향막과 동일한 방향으로 이방성이 유도된다. 또한, 경화된 UV배향물질의 축퇴된 프리틸트(pretilt degeneracy)를 깨기 위해 편광 또는 비편광된 광을 조사하며, 이로써 광배향막을 완성한다.By curing the photo-
본 발명의 액정표시소자의 배향막의 배향처리방법에 있어서, 제2실시예를 도 3에 나타내었다. 제2실시예는 러빙법을 사용하는 러빙배향막 대신 스탬핑(stamping)을 한 스탬핑배향막(7)을 형성하는 것을 제외하고는 제1실시예와 동일하다.In the alignment processing method of the alignment film of the liquid crystal display element of this invention, 2nd Example is shown in FIG. The second embodiment is the same as the first embodiment except for forming a
이를 상세하게 설명하면, 칼라필터 또는 TFT 등이 부착되는 기판(1)을 제공하는 단계와, 상기한 기판에 PI 등의 고분자막을 도포하는 단계와, 상기한 기판을 스탬핑하여 배향방향을 형성하므로써 스탬핑배향막(7)을 완성하는 단계와, 상기한 스탬핑배향막에 UV배향물질을 도포하는 단계와, 상기한 UV배향물질을 경화(curing)하여 광배향막(9)을 형성하는 단계와, 상기한 광배향막에 광조사하여 틸트방향을 결정하는 단계로 구성된다.In detail, the steps of providing a
상기한 제1실시예와 마찬가지로, 스탬핑배향막(7)을 형성함에 있어서, 상기한 기판에 도포된 고분자막을 스탬핑하므로써 스탬핑배향막이 이방성을 나타낸다. 그리고, 상기한 UV배향물질은 PVCN계 물질 또는 PSCN계 물질 등을 사용하며, 이 물질을 경화하는 단계에 있어서는, 사용되는 UV배향물질의 성질에 따라 적정 시간 동안 적정 온도를 적용한다.As in the first embodiment described above, in forming the stamping
상기한 광배향막(9)은 경화를 하므로써, 이미 형성된 스탬핑배향막의 영향을 받아 상기한 스탬핑배향막과 동일한 방향으로 이방성이 유도된다. 또한, 경화된 UV배향물질의 축퇴된 프리틸트를 깨기 위해 편광 또는 비편광된 광을 조사하며, 이로써 광배향막을 완성한다.By curing the photo-
본 발명은 상기한 바와 같이, 러빙배향막만을 형성했을 때의 정전기의 발생이나 TFT의 손상 등의 문제를 해소하고, 광배향막만을 형성했을 때의 약한 배향 등의 결점을 광배향막의 이방성을 증대시키므로써 개선한다.As described above, the present invention eliminates problems such as generation of static electricity and damage of TFT when only the rubbing alignment layer is formed, and improves the anisotropy of the photoalignment layer by reducing defects such as weak alignment when forming only the alignment layer. Improve.
또한, 멀티도메인 구현시 틸트각의 안정성을 도모하며, 액정셀 자체의 신뢰도 또한 증가시킨다.In addition, when the multi-domain is implemented to achieve stability of the tilt angle, it also increases the reliability of the liquid crystal cell itself.
그리고, 광배향막의 조사 공정을 단축하므로써 멀티도메인 형성시에 공정의 단순화와 그로 인한 원가 절감 등의 효과를 발생한다.In addition, by shortening the process of irradiating the photo-alignment film, it is possible to simplify the process and reduce the cost by forming the multi-domain.
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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US10018876B2 (en) | 2015-04-22 | 2018-07-10 | Samsung Display Co., Ltd. | Liquid crystal display and method of manufacture thereof |
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KR100685933B1 (en) * | 2003-08-25 | 2007-02-22 | 엘지.필립스 엘시디 주식회사 | Method for fabricating liquid crystal display device |
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1997
- 1997-10-01 KR KR1019970050801A patent/KR100245052B1/en not_active IP Right Cessation
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US10018876B2 (en) | 2015-04-22 | 2018-07-10 | Samsung Display Co., Ltd. | Liquid crystal display and method of manufacture thereof |
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