KR100321257B1 - 액정광학소자의제조방법및그에의하여수득된액정광학소자 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명전극층을 갖는 2 매의 기판 사이에 모노머와 액정의 혼합물을 포함하는 액정광학소자를 제조함에 있어서, 모노머와 액정의 혼합물이 주입된 PDLC 액정셀의 4변의 테두리를 자외선경화에 의해 1 차 봉지한 후, 수득된 셀의 4변의 테두리에 UV수지를 도포한다음 자외선 경화시켜 2차로 셀을 봉지하고 액정셀의 경화전에 감압구를 통해 셀 내부를 감압하여 여분의 액정재료를 압출해냄으로써 내부체적을 최소화하여 셀 두께를 조절한 후 PDLC를 경화시키는 것을 특징으로 하는 액정광학소자의 제조방법을 제공하는 것으로, 본 발명에 의하면 압착법에 의해 액정재료를 주입하면서도 두께가 균일한 대면적의 액정셀을 단순화된 제조공정에 의해 용이하게 제조할 수 있다.

Description

액정광학소자의 제조방법 및 그에 의하여 수득된 액정광학소자

본 발명은 투명전극층을 갖는 2 매의 투명 기판 사이에 액정재료를 주입하여 형성되는 액정광학소자의 제조방법 및 그에 의해서 제조된 액정광학소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 액정셀에 액정재료 주입시 액정판넬의 한 쪽의 기판에 감압구를 두어, 셀 내부의 액정재료를 경화시키기 전에 상기 감압구를 통하여 여분의 액정재료를 감압하여 압출함으로써 셀의 내부공간을 최소화하여 셀의 두께를 일정하게 조절하는 것을 특정으로 하는 액정광학소자의 제조방법 및 그에 의해 수득된액정광학소자에 관계한다.

액정이 전자 탁상시계에 응용되면서 시작된 액정제품사업은, 액정이 디스플레이 분야에 활발히 응용되면서 기존의 CRT 방식에 의해 점유되어 왔던 디스플레이 시장의 구조가 재편되고 있음을 직간접적으로 느낄 수 있을 정도로 단시간내에 비약적으로 발전되고 있다. 액정제품사업이 이와 같이 급속도로 발전하는 이유는 액정디스플레이가 박형화, 경량화, 저소비전력화등의 이점을 갖고 있기 때문이다. 이러한 비약적인 발전에도 불구하고 높은 경쟁력을 갖는 양호한 디스플레이를 구현하기 위해서는 몇 가지 해결해야 할 문제점들이 있으며 또한 기존의 제조공정을 개선해야 한다.

현재 디스플레이 분야에서 주류를 이루고 있는 TN형 액정표시소자(Twisted Nematic Liquid Crystal Display) 또는 STN형 액정표시소자(Super Twisted Nematic Liquid Crystal Display)는 저소비전력 및 저구동전압등의 장점을 지니고 있어 전기전자 분야에서 표시소자로서 광범위하게 이용되고 있으나, 편광판을 사용함에 따라 광의 이용효율이 적에 콘트라스트가 나쁘고, 표면배향이 필요하여 화소 밀도가 높아지면 TFT(Thin Film Transistor)소자 주위의 배향처리가 어려워지게 되며, 시야각이 20 °내외로 좁다. 따라서 편광을 이용하지 않고 광의 투과산란 모드를 이용하며 디스플레이에 이용하려는 많은 노력들이 시도되어 왔다. 즉, 최근 고분자에 액정을 분산시킨 광산란 모드의 고분자분산형 액정표시소자(PDLCD : Polymer Dispersed Liquid Crystal Display)나 고분자망형 액정표시소자(PNLCD : Polymer Network Liquid Crystal Display)의 액정표시가 등장하게 되었다.

이와 같이 고분자액정복합체를 이용하면 대면적표시가 용이하고 편광판을 이용하지 않기 때문에 휘도가 높고 밝은 표시가 가능하므로 고휘도의 프로젝터, 직시형 광학소재, 소형의 표시소자 및 광셔터등으로 그 응용이 활발하게 연구되고 있다.

일반적인 액형표시소자의 제조방법은 투명전극으로 코팅되어 있는 두 매의 유리판이나 폴리에스터 필름등의 기판 사이에 액정등의 주입 재료를 균일하게 혼합하여 주입한 후 자외선등으로 경화시키는 것이다.

현재 액정표시소자 제조시에 사용되는 액정주입 방법으로는 크게 진공주입방법과 압착방법의 2 가지가 있는데, 현재 디스플레이 분야에서 주종을 이루고 있는 TN 형, STN 형등의 액정표시소자는 제조공정이 간단하고 주입후 셀 두께의 조절이 간편한 진공주입 방법을 주로 채택하고 있다. 그러나 대형의 액정셀로 기대되고 있는 고분자/액정 복합계(Polymer Dispersed Liquid Crystal: PDLC)의 경우는 진공주입이 대단히 곤란하다. 그것은 이러한 대형 액정셀의 경우에는 액정과 모노머의 배합비가 액정소자의 전기광학 특성의 핵심요소를 이루는데, 고진공상태에서 액정재료를 주입하면 주입재료중에 포함된 휘발성이 강한 자외선 경화용 모노머등이 휘발되어 액정의 구성배율에 영향을 미침으로써 주입 전·후의 액정재료의 혼합비가 변화되어 액정셀의 전기광학특성이 지하되기 때문이다. 이러한 이유 때문에 대면적의 고분자/액정복합막을 위한 진공 주입은 더욱 곤란하게 된다. 또한 고분자/액정 복합막을 이용한 차광용 등의 대면적의 액정셀의 제조에 있어서는 진공주입으로 셀의 두께를 일정하게 유지시키는 것이 대단히 곤란한 문제점이 있다.

액정광학소자 제조시 사용되는 액정 주입방법으로는 진공주입법 이외에 압착방법이 있는데, 이것은 2 매의 액정 전극셀 중 1 매의 기판중앙부 위에 액정등 주입하고자 하는 재료를 과량의 액적상태로 적하한다음 다른 1 매의 기판으로 위에서 압착하는 방법이다. 이러한 압착에 의한 주입방법은 대면적화에는 유리하나 셀의 두께를 조절하기가 어렵고 과량의 액정을 사용해야 하므로 제조비용이 증가되는 단점이 있다. 또한 액정주입후 액정이 새어나오지 않도록 밀봉을 해야하나 이 공정을 위해서는 기판과 접착제 사이의 접착력을 고려하여 기판 위의 액정등을 세척해야 하는등 공정이 복잡해진다.

본 발명의 목적은 상술한 문제점을 극복하기 위한 것으로, 제조공정이 단순화되고 두께가 균일한 대면적의 액정셀의 제조가 가능한 액정광학소자의 제조방법 및 그에 의하여 수득된 액정광학소자를 제공하는 것이다. 보다 상세하게, 본 발명은 기존의 압착주입방법을 개량하여, 압착법에 의해서 모노머와 액정의 혼합물이 주입된 PDLC 액정셀의 4변의 테두리를 자외선경화에 의해 1차 봉지한 후, UV수지를 도포한다음 자외선경화시켜 2차 봉지하고 액정셀의 경화전에 감압구를 통해 셀 내부를 감압하여 내부체적을 최소화함으로써 자동으로 셀 두께를 조절한 후 최종적으로 PDLC를 경화시키는 방법에 의해 제조함으로써, 휘발성이 높은 PDLC 주입재료의 제특성의 변화 없이, 셀의 두께가 균일한 대면적 액정광학소자를 간단용이하계 제조할 수 있는 액정광학소자의 제조방법 및 그에 의하여 수득된 액정광학소자를 제공하는 것이다.

즉, 본 발명은 투명전극층을 갖는 2 매의 기판 사이에 모노머와 액정의 혼합물을 표함하는 액정광학소자를 제조함에 있어서, 모노머와 액정의 혼합물이 주입된 PDLC 액정셀의 4변의 테두리를 자외선경화에 의해 1차 봉지한 후, 수득된 셀의 4변의 테두리에 UV수지를 도포한다음 자외선 경화시켜 2차로 셀을 봉지하고 액정셀의 경화전에 감압구를 통해 셀 내부를 감압하여 여분의 액정재료를 압출해냄으로써 내부체적을 최소화하여 셀 두께를 조절한 후 PDLC를 경화시키는 것을 특징으로 하는 액정광학소자의 제조방법을 제공하는 것이다.

이하에 도면을 참고하여 본 발명을 상술한다.

제 1도는 본 발명의 액정셀의 구조 설명도이다. 제 2도는 제 1도에서의 PDLCD의 1차 경화에 의한 밀폐용 봉지선 구조와 감압구의 상세설명도이다. 본 발명에 의한 액정셀의 제조공정을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

(1) 액정셀의 제조

액정셀을 구성하는 2 매의 기판 중 일방의 기판(1)의 사각 모서리에 감압구(3)를 뚫고, 나머지 다른 하나의 기판(2)에는 먼저 셀 두께조절용 스폐이서를 두어 셀 두께의 균일성을 유지할 수 있도록 한다. 셀 두께 조절용 스폐이서의 형성방법에는 스폐이서 분산장치를 이용하여 분산시키는 방법과 기판상에 스폐이서용 돌기부를 두는 방법이 있다. 액정 판넬을 형성하는 2 매의 기판 중에서 기판(2)의 중앙부에 주입하고자 하는 액정재료를 적하한 후, 액정 내의 기포 또는 액정과 기판 사이의 기포가 대기 중으로 증발제거되도록 잠시 방치한다. 이어서 감압구가 설장된 타방의 기판(1)의 중앙부에 작은 액정의 액정재료를 적하하여 기포형성을 에방한다음, 이 기판(1)을 액정재료를 적하한 기판(2) 위에 올려 압착함으로써 두판넬 사이의 스폐이서를 지지대로 하여 PDLC 재료를 충진한다. 압착시 액정상이 한 쪽 방향으로 배향되지 않도록 상하 기판(1, 2)의 온도가 액정의 동방성온도가 되도록 유지한다. 이렇게 하여 수득된 PDLC 재료가 주입된 셀은 셀 두께의 편차가 심하다.

(2) 액정셀의 1차 봉지

상술한 단계에 의해 수득된 PDLC 재료가 주입된 셀을 제 2도와 같이 액정셀의 4변의 각 테두리로부터 1∼2mm를 제외하고는 PDLC 재료의 모노머가 중합되지 않도록 금속판등으로 차폐하여 빛을 차단하고 자외선을 조사하여 셀의 4변의 테두리 부분만 중합에 의해서 고분자와 액정으로 상분리되도록 함으로써, 제 2도에 도시된 밀폐용 봉지선(4)의 구조로 상하 기판(1, 2)를 고착시켜 셀을 1차 봉지한다. 이 때 감압구(3)는 차기 공정에서 미경화된 여분의 액정재료를 압출하기 위해 중합된 테두리 안의 미경화된 부분에 두어야 한다.

(3) 액정셀의 2차 봉지

상술한 단계에 의해 1차 봉지된 상하 기판(1, 2)을 열 또는 자외선 경화용 봉지제를 도포한 후 자외선경화시켜 2차 봉지한다. 자외선 경화용 봉지제를 사용하여 자외선경화에 의해 상하 기판(1, 2)을 밀봉접착시킬 때는 봉지선 안쪽의 PDLC 재료가 경화되지 않도록 상기 단계(2)에서와 마찬가지로 밀폐용 봉지선(4) 안쪽을 금속판등으로 차폐한다.

(4) 액정셀의 봉지 후의 셀 두께의 조절

상술한 단계 (3)에 따라 2차 봉지된 액정셀의 일방의 기판(1)의 감압구(3)를통해서 감압펌프로 감압하여 주입된 액정재료의 잉여분을 압출해냄으로써, 셀의 상하기판(1, 2)이 스페이서를 사이에 두고 강한 압력으로 압착되도록 한다. 상기 단계 (3)에 의해 수득된 셀은 두께가 전혀 조절되지 않은 상태인데, 이와 같이 여분의 액정재료를 압출해냄으로써 셀의 내부공간을 최소화하여 셀 두께를 균일하게 조절할 수 있다. 이 방법은 압력등에 의해서 외부에서 행하는 셀 두께 조절방법보다 두께의 편차가 적도록 셀 두께를 조절할 수 있는 이점을 갖는다.

(5) 액정셀의 완성

상기 단계 (4)의 완료 후 일방의 기판(1)의 감압구를 봉지하고 자외선을 조사하여 PDLC 재료의 모노머를 경화시켜 액정셀을 완성한다.

본 발명 방법에 의해서 PDLC 재료가 주입된 액정셀은 기포등의 결함이 존재하지 않고 두께가 균일한 대면적의 액정 판넬로 제조될 수 있다. 특히, 본 발명 방법은 압착법에 의해서 액정재료를 주입하면서도 기존의 방법에 의해서 제조된 액정셀 보다도 정밀하게 셀 두께를 조절할 수 있고, 제조공정이 단순화된 이점을 갖는다.

이하에 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하나, 본 발명이 하기 실시예에 의해서 한정되는 것은 아니다.

실시예 1

가로 15cm ×세로 20cm(19.5인치) 크기의 ITO 투명전극 기판(2)에 평균크기 12㎛의 스페이서를 메탄올 현탁법에 의하여 분산하고 메탄올을 증발시켜 스페이서를 고착시켰다. 이 기판(2)의 중앙부 위에 고분자/액정 복합막을 위한 자외선 경화용 모노머(PN393:Merck사, 중합 개시제 함유)와 액정 TL 202을 각각 20 : 80 중량비로 혼합한 액정재료를 액적의 형태로 적하하였다. 이 때 기판(2)의 온도는 액정의 등방성 온도가 되도록 유치하여 압착에 의한 주입시 액정의 배향이 일어나는 것을 방지하였다. 상기 기판(2) 위에 적하된 액정재료를 잠시 방치하여 액정 내의 기포 또는 액정과 기판 사이의 기포가 대기 중으로 증발제거되도록 하였다. 여기에 한 쪽 모서리에 감압구(3)가 설장된 다른 하나의 기판(1)의 중앙부에 기포제거용 작은 액적의 액정재료를 적하한다음 기판(2) 위에 올려 압착하였다. 이 상태의 판넬의 상하에 액정셀의 4변의 각 테두리로부터 2mm를 제외하고 가로 14.6cm×세로 19.6cm의 알루미늄판을 안착하여 빛을 차단하고, 자외선 경화장치를 이용하여 자외선을 조사함으로써 셀의 4변의 노출된 테두리 부분에 경화시켰다. 이어서, 1차 봉지된 셀의 4변의 테두리 부분에 자외선경화수지를 도포하고 경화시킴으로써 상하 기판(1, 2)을 고착시켜 셀을 완전하게 봉지하였다. 봉지된 셀에서 상하의 알루미늄판를 제거하고 감압구를 통하여 여분의 액정재료를 감압을 통해 압출해냄으로써 셀의 내부공간 면적을 최소화한다음 셀을 자외선 경화장치에 넣고 모노머를 경화시켜 본 발명의 액정광학소자를 제조하였다.

완성된 셀의 물성을 평가한 결과, 전장인가시의 광투과율이 80%이상이고, 기포가 전혀생성되지 않았으며 셀 두께 편차가 0.2㎛로서 디스플레이용 액정표시소자로서 우수한 특성을 나타내었다.

비교예 1

가로 15cm ×세로 20cm(19.5인치) 크기의 ITO 투명전극 기판(2)에 평균크기12㎛의 스폐이서를 메탄올 현탁법에 의하여 분산하고 메탄올을 증발시켜 스폐이서를 고착시켰다. 이 기판(2)의 중앙부 위에 고분자/액정 복합막을 위한 자외선 경화용 모노머(PN393:Merck사, 중합 개시제 함유)좌 액정 TL203을 각각 20 : 80 중량비로 혼합한 액정재료를 액적의 형태로 적하하었다. 이 때 기판(2)의 온도는 액정의 등방성 온도가 되도록 유지하여 압착에 의한 주입시 액정의 배향이 일어나는 것을 방지하였다. 상기 기판(2) 위에 적하된 액정재료를 잠시 방치하여 액정 내의 기포 또는 액정과 기판 사이의 기포가 대기 중으로 증발제거되도록 하였다, 여기에 한 쪽 모서리에 감압구(3)가 설장된 다른 하나의 기판(1)의 중앙부에 작은 액적의 액정재료를 적하한다음 기판(2) 위에 올려 압착하였다. 이 셀을 자외선 경화장치에 넣고 모노머를 광경화시켜 액정광학소자를 제조하였다.

완성된 액정광학소자는 두께 편차가 3㎛로서 광학소자, 특히 디스플레이용 액정소자로서 부적합함을 확인하였다.

비교예 2

실시예1에서 압착에 의한 액정재료 주입시 주입용 액정재료를 적하한 기판(2) 위에 기판(1)을 포개놓을 때 기판(1)의 중앙부에 기포제거용 작은 액적을 적하하지 않고 바로 액정셀을 포갠후 압착하여 액정광학소자를 제조하였다. 완성된 셀은 약 20% 정도의 셀에서 기판(2)의 액정재료와 기판(1) 사이에 기포가 존재하였다.

제 1도는 본 발명의 액정광학소자의 구조설명도,

제 2도는 제 1도의 PDLCD의 1차 경화에 의한 밀폐용 봉지선 구조와 감압구의 상세설명도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *

1 : 투명유리전극 2 : 투명유리전극

3 : 감압구

4 : 1차 경화에 의한 밀폐용 봉지선

Claims (5)

1. 투명전극층을 갖는 2 매의 기판 사이에 모노머와 정점의 혼합물을 포함하는 액정광학소자를 제조함에 있어서, 모노머와 액정의 혼합물이 주입된 PDLC 액정셀의 4변의 테두리를 자외선경화에 의해 1차 봉지한 후, 수득된 셀의 4변의 테두리에 UV수지를 도포한다음 자외선 경화시켜 2차로 셀을 봉지하고, 액정셀의 경화전에 감압구를 봉해 셀 내부를 감압하여 여분의 액정재료를 압출해냄으로써 내부체적을 최소화하여 셀 두께를 조절한 후 PDLC를 경화시키는 것을 특징으로 하는 액정광학소자의 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   압착에 의한 액정재료 주입시 감압구가 설장된 기판의 중앙부에 기포 제거용의 작은 액적을 적하하는 것을 특징으로 하는 액정광학소자의 제조방법.
3. 제 1항에 있어서,

   액정재료 주입시 셀의 온도를 액정의 등방성온도로 유지하는 것을 특징으로 하는 액정광학소자의 제조방법.
4. 제 1항에 있어서,

   상기 액정셀의 봉지시 봉지선 내측의 PDLC 재료의 모노머가 중합되지 않도록금속판등으로 차폐하여 빛을 차단하고 자외선을 조사하여 셀의 4변의 테두리 부분만 중합시킴으로써 상하 기판을 고착시켜 셀을 봉지하는 것을 특징으로 하는 액정광학소자의 제조방법.
5. 제 1항의 방법에 의해 제조된 기판, 하부 투명전극, 고분자와 액정이 혼합된 고분자 액정복합막층, 한 쪽 모서리에 감압구가 설장된 투명전극 및 유리기판이 차례로 적층 배열된 구조를 갖는 액정광학소자.