KR100322733B1 - 고분자분산형액정표시장치의제조방법및그방법에따라제조된고분자분산형액정표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전극층과 박막트랜지스터가 형성된 제1기판에 스페이서를 분사하고 실란트를 도포한 다음, 이를 제2기판과 접합하여 공셀을 형성하는 단계; 제1액정 조성물을 주입한 다음, 제2기판 방향에서 자외선을 조사하는 단계; 상기 제2기판을 이형시킨 다음, 제2액정 조성물을 코팅하는 단계; 블랙 매트릭스, 칼라필터 및 전극층이 형성되어 있는 제3기판을 부착하고 자외선을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법 및 그 방법에 따라 제조된 고분자분산형 액정표시장치를 제공한다. 본 발명에 의하면, 자외선 중합성 조성물의 미경화로 인하여 발생되는 콘트라스트 저하 및 응답시간 증가를 방지할 수 있어서 제조 표시가 좋아지고 신뢰성이 향상된다.

Description

고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법 및 그 방법에 따라 제조된 고분자 분산형 액정표시장치
본 발명은 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법 및 그 방법에 따라 제조된 고분자 분산형 액정표시장치에 관한 것으로서, 상세하기로는 자외선 중합성 조성물의 미경화로 유발되는 콘트라스트 저하 및 응답시간 증가를 방지할 수 있는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법 및 그 방법에 따라 제조된 고분자 분산형 액정표시장치에 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 편광판대신 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.
이 중, 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 위에 5-20㎛의 두께로 균일하게 코팅한 뒤 물을 증발시킨 다음 ITO가 코팅된 다른 유리판이나 폴리에스테르 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 드로프렛 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.
PDLC 액정표시장치는 편광판을 사용하지 않기 때문에 기존의 액정표시장치보다 광의 이용효율이 높아 휘도가 우수하며 시야각이 우수한 조광표시가 가능해진다. 따라서 고휘도를 갖는 직시형 및 투사형 액정 표시장치로의 이용가능성이 밝다.
PDLC가 고분자가 연속상이고 액정이 드로프렛을 형성하는 구조인 것과는 달리, PNLC는 액정이 연속상이고 고분자가 가교된 3차원적 그물모양의 구조이며, 이것은 액정과 고분자의 굴절율 의존성이 크지 않다는 점에서 PDLC와 동작원리가 다르며, 일반적으로 구동전압도 PDLC보다 낮게 나타난다.
PDLC를 투사형 액정표시장치에 이용하기 위해서는 IC 구동전압 범위내에서 저전압 구동이 가능해야 하며, 동화상을 구현하기 위해서 빠른 응답속도를 가져야 한다. 또한 고휘도의 화면을 얻기 위해서는 최대투과도와 콘트라스트비가 높아야 한다.
제1도는 일반적인 칼라 박막트랜지스터 고분자 분산형 액정표시 장치의 구조도이다.
이러한 액정표시장치는 블랙 매트릭스 (1), 칼라필터 (2), 공동전극 (3), 기판 (4), 고분자액정복합체 (5) 및 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 화상을얻기 위하여, 블랙 매트릭스는 블필요한 빛을 차단하여 R, G 및 B 칼라간의 색간섭을 방지하고 강력한 광원으로부터 박막 트랜지스터를 보호하기 위한 것으로서 모두 필수적인 구성요소이다.
이하, 통상적인 방법에 따라 고분자 분산형 액정표시장치를 제조하는 방법을 설명하기로 한다.
제l도에서 알 수 있는 바와 같이, 칼라필터 (2)와 블랙 매트릭스(1)은 동일 기판상에 형성하고, 박막 트랜지스터 (6)은 반대쪽 기판상에 형성한다.
상기 두 기판을 조합하여 공셀을 형성하고 여기에 액정 조성물을 주입한 다음 자외선을 조사하여 경화시킨다. 그런데 이 때 기판상에 형성되어 있는 박막 트랜지스터나 블랙 매트릭스의 자외선 차폐로 인하여 액정 조성물의 경화가 충분히 진행되지 못한다. 즉, 블랙 매트릭스 방향에서 자외선을 조사하는 경우 블랙 매트릭스가 없는 영역은 경화가 비교적 잘 진행되지만, 블랙 매트릭스의 바로 아래 영역은 경화가 거의 진행되지 못한다. 따라서 전체적으로 상분리가 충분하게 이루어지지 않아서 액정 드로프렛의 크기가 커져서 구동전압이 필요이상으로 낮아지게 되고 콘트라스트가 저하된다. 이러한 경향은 자외선의 강도를 증가시킨다고 하더라도 마찬가지이다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 블랙 매트릭스에 작은 구멍을 뚫어 자외선의 투과강도를 중대시키는 방법이 제안되었다(일본 특허 04-251220). 그러나 이 방법에 따르면 블랙 매트릭스를 근본적으로 제거해 주는 것이 아니므로 자외선의 투과강도를 증가시키는 것에 한계가 있고, 시스템 구동시 블랙 매트릭스의 작은 구멍사이로 광원이 침투하여 박막 트랜지스터의 오동작을 일으킬 우려가 있다.
그러므로 본 발명의 목적은 상기 문제점을 해결하여 자외선 중합성 조성물의 미경화로 유발되는 콘트라스트 저하 및 응답시간 증가를 방지할 수 있는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 따라 제조된 고분자 분산형 액정표시장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 전극층과 박막트랜지스터가 형성된 제1기판에 스페이서를 분사하고 실란트를 도포한 다음, 이를 상기 제1기판과 접합하여 공셀을 형성하는 단계:
제1액정 조성물을 주입한 다음, 제2기판 방향에서 자외선을 조사하는 단계;
상기 제2기판을 이형시킨 다음, 제2액정 조성물을 코팅하는 단계;
블랙 매트릭스, 칼라필터 및 전극층이 형성되어 있는 제3기판을 부착하고 자외선을 조사하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 따라 제조된 고분자 분산형 액정표시장치에 의해서 달성된다.
본 발명에서 사용하는 제1기판 및 제3기판으로는 유리기판 또는 실리콘 기판을 이용하며, 특히 제2기판으로는 유리기판 또는 이형성이 우수한 필름이 부착된 유리기판을 이용한다. 이 때 이형성이 우수한 필름으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌, 폴리프로필렌등이 있다. 이러한 이형성 필름을 유리기판에부착하는 경우 폴리비닐알콜, 폴리비닐부티랄 등의 접착제를 사용한다.
상기 실란트로는 인산염이나 포스포레이트계의 내부 이형제가 포함된 실란트를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제1액정 조성물은 고분자 분산형 액정표시장치에서 사용하는 통상적인 액정 조성물로서, 자외선 중합성 올리고머 및 모노머, 자외선 중합개시제 및 액정모노머로 구성되어 있으며, 상기 제2액정 조성물은 자외선 중합성 모노머 및 자외선 중합개시제로 이루어져 있다.
이하, 본 발명의 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법을 설명하기로 한다.
유리기판 또는 실리콘 기판에 박막 트랜지스터를 형성하고 스페이서를 분사한 후 실란트를 도포한다. 이 때 실란트에는 이형성을 좋게 하기 위하여 인산염 또는 포스포레이트 계열의 내부 이형제가 포함되어 있으며, 스페이서로는 알루미나, 봉형글라스파이버, 글라스비드, 폴리머비드, 마이크로펄 등이 사용될 수 있다.
상기 기판과 다른 유리기판 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 등의 이형성이 좋은 필름이 부착된 다른 유리기판을 접합시켜 공셀을 제조한다. 공셀에 액정 모노머, 자외선 경화성 모노머 및 올리고머 및 자외선 중합개시제를 포함하고 있는 제1 액정 조성물을 주입한 다음, 유리기판 또는 이형성 필름이 부착된 유리기판 방향에서 자외선을 조사하여 상기 제1액정 조성물을 경화시킨다. 자외선이 블랙 매트릭스나 박막 트랜지스터를 통과하지 않고 유리 기판을 통과하기 때문에 자외선 중합성 조성물의 경화가 효율적으로 이루어진다.
경화가 완료된 후, 유리기판 또는 이형성 필름이 부착되어 있는 유리기판을 때어낸다. 이 때 유리기판보다는 이형성 필름이 부착된 유리기판을 분리하는 것이 보다 용이하며, 유리기판 자체를 사용하는 경우에는 유리기판위에 이형제를 살짝 뿌려줌으로써 분리를 보다 쉽게 할 수 있다. 기판 분리시, 열중합 방법으로 제조된 PDLC의 경우에는 그 필름에 손상이 생기기도 하지만, 자외선 중합에 따라 제조된 PDLC 필름의 경우는 손상이 거의 없다.
상기 PDLC 필름위에 자외선 중합성 모노머와 자외선 중합 개시제를 포함하는 제2 액정 조성물을 약 500∼10000Å정도의 두께로 코팅한다. 코팅시 바코팅이나 침전방법을 이용한 코팅방법을 사용하여도 무방하나, 필름 손상과 박막 트랜지스터 기판의 보호를 위하여 스핀 코팅을 실시하는 것이 가장 좋다. 이 때 박막 트랜지스터가 형성되어 있는 기판 주변부의 회로 영역에 제2액정 조성물이 코팅되는 것을 방지하기 위하여 기판 주변부에 이형성이 좋은 투명테이프를 접착시킨 뒤, 코팅을 실시하고 코팅이 완료되면 제거한다.
상기 제2 액정 조성물의 자외선 중합성 모노머로는 제1액정 조성물에서 통상적으로 사용하는 모노머이면 모두 사용가능하나, 반응성이 좋고 접착력이 우수한 아크릴레이트와 같은 모노머를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 제2액정 조성물로 형성된 층은 PDLC 층에 비하여 그 두께가 얇기 때문에 전체적인 물성에는 영향을 거의 미치지 않는다. 이러한 층의 두께는 PDLC층 두께의 약 1/10∼1/200이다. 이 때 PDLC 층의 두께는 약 10㎛이다.
상기 제2 액정 조성물 층이 형성된 기판에 전극층, 블랙 매트릭스 및 칼라필터가 형성된 기판을 기포가 생기지 않도록 잘 배치한 후, 다시 자외선을 조사한다. 이 때도 물론 블랙 매트릭스로 인한 자외선의 차폐 효과때문에 경화가 효율적으로 진행되지는 못하지만 상기 제2액정 조성물에서 반응성이 좋은 아크릴레이트 모노머만을 사용하며, 단순히 그 역할이 기판과의 접착이라는 점을 고려할 때 이 정도로도 충분하다.
본 발명의 제1 액정 조성물에서 사용되는 자외선 중합성 올리고머로는 방향족 우레탄 아크릴레이트, 지방족 우레탄 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 에스테르 아크릴레이트 및 그 유도체 등이 있으며, 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, 부톡시에틸, 페녹시에틸, 알릴, 메타알릴, 글리시딜, 2-하이드록시에틸, 2-하이드록시프로필 , 3-클로로-2-하이드록시프로필 , 디메틸아미노헥실, 디에틸아미노헥실, 이소보닐 등과 같은 치환기를 가지는 아크릴레이트 또는 메타크릴레트: 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 트리프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜, 테트라메틸렌글리콜, 헥사메틸렌글리콜, 네오펜틸글리콜, 부탄디올, 헥산디올, 트리메틸올프로판, 펜타에리트리톨, 디펜타에리트리톨 등의 다관능성 아크릴레이트 및 메타크릴레이트 및 그 유도체 등이 있다.
본 발명의 액정 모노머로서 상기 화합물중 말단에 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 혼합액정이나 불소계 액정만을 사용하는 것이 가장 좋다.
자외선 중합 반응을 진행시킬 때 사용될 수 있는 자외선 중합용 개시제로는 2-하이드록시-2-메틸-1-페닐프로판-1-온(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 사용가능하다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하기로 하되, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
(실시예)
액정 모노머로서 불소계 액정 TL204(머크사)와 시안계 액정 E-7(머크사)(80:20 중량비)을 80:20 중량비로 혼합하여 사용하였고, 자외선 중합용 올리고머 및 모노머로서 아로닉스 Ml200(동아합성화학)와, 2-에틸헥실아크릴레이트를 69:29 중량비로 혼합하여 사용하였다. 이 때 액정 모노머와 자외선 중합성 올리고머 및 모노머의 중량비는 80:20 중량비였다.
자외선 중합 개시제로서 다로큐어 1173(머크사)을 사용하였고, 이 화합물의 함량은 상기 자외선 중합용 조성물에 대하여 2중량%였다.
ITO전극과 박막 트랜지스터를 형성시킨 실리콘 기판에 약 10㎛ 두께로 스페이서를 분사한 다음, 실란트를 도포하였다. 이 때 실란트로는 자외선 경화성 수지와 열 경화성 수지의 혼합수지에 이형제인 제레크(Zelec-UN, 듀퐁사)가 1.5중량% 함유되어 있는 실란트를 사용하였다.
상기 실리콘 기판과 평활도가 우수한 코닝 7059 유리기판을 접착하여 공셀을 형성하였다. 이 공설에 앞서 제조한 액정 조성물을 진공주입한 다음, 유리기판 방향에서 자외선을 조사하였다.
경화가 완료되면 유리기판을 이형시킨 다음, 점도가 50cps이고 다로큐어 1173 2중량%가 포함되어 있는 메틸메타크릴레이트 프리폴리머를 약 1000Å 두께로 코팅하였다.
블랙 매트릭스, 칼라필터 및 ITO 전극이 형성되어 있는 다른 기판을 상기 기판과 접착시킨 다음, 자외선을 조사하였다.
상기에서 제조된 고분자 분산형 액정표시장치를 이용하여 구동전압, 콘트라스트 및 응답시간을 측정하였다.
(비교예 1)
자외선 중합성 올리고머인 아로닉스 Ml200와 자외선 중합성 모노머인 2-에틸헥실아크릴레이트를 69:29 중량비로 혼합하였다.
이 자외선 중합용 조성물에 자외선 중합용 개시제인 다로큐어 1173 2중량%를 혼합하였으며, 액정 모노머로서는 불소계 액정 TL204와 시안계 액정 E-7을 80:20 중량비료 혼합하였다.
박막 트랜지스터 및 ITO 전극이 형성되어 있는 기판과 블랙 매트릭스, 칼라필터 및 ITO 전극이 형성되어 있는 기판을 접합하여 두께가 약 10㎛인 공셀을 형성하였다. 이 공셀에 상기 액정 조성물을 진공주입하였다.
박막트랜지스터가 형성된 기판 방향에서 자외선을 조사하였다.
상기에서 제조된 고분자 분산형 액정표시장치를 이용하여 구동전압, 콘트라스트 및 응답시간을 측정하였다.
(비교예 2)
블랙 매트릭스, 칼라필터 및 ITO전극이 형성되어 있는 기판 방향에서 자외선을 조사한 것을 제외하고는, 비교예 1과 동일한 방법으로 실시하였다.
상기에서 제조한 고분자 분산형 액정표시장치를 이용하여 구동전압, 콘트라스트 및 응답시간을 측정하였다.
상기 실시예 및 비교예 1-2에 따라 제조된 고분자 분산형 액정표시장치를 이용했을 때 구동전압, 콘트라스트 및 응답시간을 표 1에 나타내었다.
(표 1)
상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예에 따른 고분자 분산형 액정표시장치는 비교적 낮은 구동전압하에서 비교예에 따른 고분자 분산형 액정표시장치보다 콘트라스트가 향상되고 응답시간이 감소하였다.
비교예 2의 경우는 액정 조성물의 경화가 거의 진행되지 않아 콘트라스값이5이하였다.
본 발명에 의하면, 자외선 중합성 조성물의 미경화로 인하여 발생되는 콘트라스트 저하 및 응답시간 증가를 방지할 수 있어서 계조 표시가 좋아지고 신뢰성이 향상된다.
제1도는 칼라 박막 트랜지스터 고분자분산형 액정표시장치의 구조를 나타낸 도면이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명
1. 블랙 매트릭스 2. 칼라필터
3. 공통전극 4. 기판
5. 고분자액정복합체 6. 박막 트랜지스터
7. 화소전극

Claims (12)

  1. 전극층과 박막트랜지스터가 형성된 제1기판에 스페이서를 분사하고 실란트를 도포한 다음, 이를 제2기판과 접합하여 공셀을 형성하는 단계;
    제1액정 조성물을 주입한 다음, 제2기판 방향에서 자외선을 조사하는 단계;
    상기 제2기판을 이형시킨 다음, 제2액정 조성물을 코팅하는 단계:
    블랙 매트릭스, 칼라필터 및 전극층이 형성되어 있는 제3기판을 부착하고 자외선을 조사하는 단계를 포함하는 고분자 분산형 액정표시 장치의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제2기판이 유리기판 및 이형성 필름이 부착된 유리기판으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 이형성 필름이 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 및 폴리프로필렌으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법 .
  4. 제2항에 있어서 상기 이형성 필름 부착시 폴리비닐부티랄 및 폴리비닐알콜으로 이루어진 군으로부터 선택된 접착제를 이용하는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 실란트에 인산염 또는 포스포레이트계의 내부 이형제가 포함되어 있는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제1액정 조성물이 자외선 중합성 올리고머 및 모노머, 자외선 중합개시제 및 액정 모노머로 구성되는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2액정 조성물이 자외선 중합성 모노머 및 자외선 중합개시제로 구성되는 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 액정 조성물에 사용되는 자외선 중합 모노머가 아크릴레이트 모노머인 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치와 제조방법 .
  9. 제1항에 있어서, 상기 제2 액정조성물의 코팅층과 제1 액정 조성물의 코팅층의 두께비가 1:10∼1:200인 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 제2 액정조성물의 코팅층의 두께가 500∼10000Å인 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 제1액정 조성물과 제2액정 조성물에 사용되는 액정 모노머가 불소계 액정 또는 불소계 액정과 시안계 액정의 혼합 액정인 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치의 제조방법.
  12. 제1항 내지 제11항중 어느 한 항에 따라 제조된 것을 특징으로 하는 고분자 분산형 액정표시장치.
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