KR100360471B1 - 페리 액정 표시 패널의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자발 분극을 갖는 페리(FERRI)상 유전성 액정을 이용하여 TN 액정에 비하여 응답속도가 빠르고 시야각이 넓은 페리 액정 표시 패널의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 페리 액정 표시 패널의 제조 방법은, 패널을 제작한 다음 패널의 공 셀에 액정 주입을 주입하고 배향처리를 하는 과정에서 소정의 전압을 인가한 상태에서 서서히 온도를 내리면서 배향처리를 함으로써 배향막의 러빙 방향과 광축을 일치하게 하여, 기존의 액정 패널 제조 방법에 의해서 만들어진 셀에서 생겨나는 전압-투과율 곡선의 좌우 비대칭 현상에서 발생하는 잔상의 발생과 플리커(flicker)의 발생을 방지한다.

Description

페리 액정 표시 패널의 제조 방법{Method for manufacturing an antiferroelectric Liquid Crystal Display panel}

본 발명은 기존의 유전율이방성으로 응답하는 트위스트 네마틱(TN; twisted nematic) 대신에 자발 분극을 갖는 페리(FERRI)상 유전성 액정을 이용하여 TN 액정에 비하여 응답속도가 빠르고 시야각이 넓은 페리 액정 표시 패널의 제조 방법(Method for manufacturing an antiferroelectric Liquid Crystal Display panel)에 관한 것이다.

도 1은 액정의 배향을 이용하여 영상를 표시하는 일반적인 액정 표시 패널의 수직 단면도이다. 도시된 바와 같이, 강유전성 액정 표시 패널은, 서로 대향되게 배치된 상하부 투명기판(1, 11), 상하부 투명기판(1, 11)의 대향면 상에 각각 서로 교차하는 방향의 스트라이프 상으로 배치된 상하부 투명전극(2, 12), 투명전극(2, 12)을 덮도록 기판 상에 적층된 상하부 배향막(3, 13), 상하부 배향막(3, 13) 사이의 액정 셀 내부를 채우고 있는 반강유전성 액정(4), 액정 셀의 외부를 감싸는 2개의 상하부 편광판(5, 15) 및 상하부 투명기판(1, 11) 사이에 배치되어 액정 셀의 갭을 유지하는 스페이서(6)로 구성되어 있다. 여기서, 액정 재료로 기존의 트위스트 네마틱(TN; twisted nematic) 대신에 자발 분극을 갖는 페리(FERRI)상 유전성 액정을 이용하면 기존의 유전율이방성으로 응답하는 TN 액정에 비하여 500배 이상의 빠른 응답속도가 가능하며, 상하전극(2, 12)의 전계 방향에 대하여 액정의 응답은 전계에 대하여 도 2에 도시된 바와 같이 수직방향(X나 Y 방향)으로 움직임으로서 시야각이 CRT에 가깝다. 또한 계조표시가 가능하며 구동전압이 낮아서 능동(active) 구동이 가능하다. 이 페리(FERRI) 상의 액정에 관하여는 Japanese Jr. of Appried Physics에 잘 설명되어 있다. 그러나 페리(FERRI)상 유전 액정 구동은 도 2 및 도 3에서 알 수 있듯이 교류 전장을 인가하면 +, - 전계에 의해서 액정은 광축(러빙 방향과 평행)의 좌우로 움직임으로써 도 3에 도시된 바와 같이 V자형의 광투과 특성을 나타낸다.

그러나, 도 3에 나타난 바와 같이 한쪽 배향에 의한 반강유전액정(AFLC) 셀의 경우 구동전압(V)-투과율(T)곡선에서 좌우의 -, + 전계에서의 광투과율이 비대칭으로 되는 것이 일반적이다. 이러한 현상은 페리(FERRI)상 유전 액정은 배향시에 고분자와의 표면 작용에 의해서 도 2에 도시된 바와 같이 배향막의 러빙 방향과 액정의 배향이 일치하지 않고 비틀어져있다는 것이 주요 원인이다. 즉, 배향막의 러빙방향과 액정의 배향 방향이 달라짐으로써 전기 광학 특성이 불안정하게 나타나는 원인이 되고 있다. 특히, 기판의 대향면들에 각각 형성된 두 배향막들을 모두 러빙할 경우 좌우 비대칭성의 크기가 달라지기는 하지만 비대칭이 존재하여 미세한 색상의 변화나 잔상이 존재하게 된다.

실제로, 일본공개특허공보8-328047호에 기재된 종래의 AFLC의 배향방법은 액정의 배향시 양쪽의 전극에 같은 종류의 배향제를 코팅하고 그 중의 한 쪽면 만을 러빙하여 배향을하고 있다. 그러나 이방법으로 만들어진 반강유전액정셀은 전압-투과율 곡선의 특성에 있어서 좌우가 비대칭으로 나타나는 특성을 나타내고 있다. 이러한 현상의 이유로서는 페리(FERRI)상 유전액정은 배향시에 고분자와의 표면작용에 의해서 도 2에 도시된 바와 같이 배향막의 러빙방향과 액정의 배향이 일치하지 않고 비틀어져있다는 것이 아주 주요한 원인이다.

이러한 결과로서 앞서 설명한 바와 같이 AFLC의 전압-투과율 곡선이 도 3에 도시된 바와 같이 좌우 비대칭으로 나타나는 경향을 보인다. 이러한 현상은 AFLC 구동에서 잔상을 없애기 위하여 -, +의 전계를 교대로 사용하는 구동법을 사용시에 색상의 구현이 어려울 뿐만 아니라 전계의 비대칭에 의하여 잔상현상과 플리커(flicker)가 발생하며 콘트라스트가 저하되고 표시품위가 저하되는 단점이 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 개선하고자 창안한 것으로, 배향시에 액정의 광축이 러빙방향과 동일한 방향을 유지하도록 전장을 인가한 상태에서 배향을 함으로써 구동전압(V)-투과율(T) 특성 곡선의 좌우를 대칭형으로 만들어 플리커(FLICKER)가 발생하지 않고 색상의 재현이 완벽한 특성을 갖도록 하는 페리 액정 패널의 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

도 1은 액정의 배향을 이용하여 영상를 표시하는 일반적인 액정 표시 패널의 수직 단면도,

도 2는 종래의 페리 액정 표시 패널의 제작 방법에 의해 제작된 액정 표시 패널에서의 배향막의 러빙 방향과 액정 분자들의 광축의 불일치를 보여주는 도면,

도 3은 도 2의 러빙 방향과 광축의 불일치에 따른 액정 표시 패널의 구동 전압(V)-광투과율(T) 특성 곡선의 비대칭성을 나타내는 도면,

도 4는 본 발명에 따른 페리 액정 표시 패널의 제작 방법에 의해 제작된 액정 표시 패널에서의 배향막의 러빙 방향과 액정 분자들의 광축의 일치를 보여주는 도면,

그리고 도 5는 도 4의 러빙 방향과 광축의 일치에 따른 액정 표시 패널의 구동 전압(V)-광투과율(T) 특성 곡선의 대칭성을 나타내는 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1. 전면 투명 기판 2. 투명 전극

3. 배향막 4. 반강유전성 액정(페리상 액정)

5. 편광판(검광판) 6. 스페이서

11. 배면 투명 기판 12. 투명 전극

13. 배향막 15. 편광판

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 페리 액정 패널의 제조 방법은, 서로 대향하는 두 투명 기판; 상기 두 투명 기판의 대향면들에 각각 서로 교차하는 방향의 스트라이프 상의 투명 전극들; 상기 두 기판의 대향면 상에 각각상기 투명 전극들을 덮도록 도포된 배향막; 및 상기 배향막들 사이에 주입된 페리 유전성 액정;을 구비한 액정 표시 패널의 제조 방법에 있어서, 공 셀의 상기 액정 표시 패널을 제작하는 단계; 상기 공 셀들에 반강유전성 액정 혼합물 및 소정 규격의 스페이서를 혼합하여 소정의 온도에서 주입하는 단계; 및 상기 주입된 반강유전성 액정 혼합물 영역에 소정 세기의 직류 전기장을 형성한 상태에서 소정의 냉각 속도로 냉각시키면서 액정 배향을 실시하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 두 기판 상의 배향막들 중 일측 기판 상의 배향막에만 러빙 처리가 된 것이 바람직하다.

이하 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 페리 액정 패널의 제조 방법을 상세하게 설명한다.

본 발명의 제작 방법으로 제작하고자 하는 페리 액정 패널의 구조는 기본적으로 도 1에 도시된 바와 같은 구조를 갖는다. 다만, 제작 공정 중 액정 주입후 배향처리를 하는 과정에서 소정의 전압을 인가한 상태에서 서서히 온도를 내리면서 배향처리를 하는 점에 차이가 있을 뿐이다. 따라서, 그 제작 방법은 전체적으로 다음과 같은 공정들을 포함한다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같은 구조를 갖는 공셀의 액정 표시 패널을 제작한다. 즉, 두 개의 기판(1, 11) 상에 각각 스트라이프 상의 투명 전극(2, 12)들을 형성하고 그 위에 각각 배향막(3, 13)을 형성한 다음, 상기 스트라이프 상의 전극(2, 12)들이 서로 대향하도록 상기 두 기판(1, 11)을 일정한 간격으로 배치하여 액정(4)이 주입될 공간을 만든다. 이 공간에 반강유전성 액정(4)을 주입하여 영상을 표시할 수 있는 액정 패널을 형성한다. 액정(4) 주입시 적절한 양의 스페이서 재료를 섞어 함께 주입하여 패널 전체적으로 고른 셀 갭을 유지할 수 있도록 한다. 그리고 상하 두 기판(1, 11)의 외측면들에는 편광판을 각각 설치하여 액정 표시 패널을 완성한다.

이러한 전반적인 공정들에 있어서, 두 기판(1, 11)의 대향면 상에 각각 형성된 투명전극들(2, 12) 상에 각각 다른 배향제를 코팅하고 그 중에서 액정과의 앵커링 파워 (ANCHORING POWER)가 낮은 쪽 배향제를 러빙(Rubbing) 처리를 한 다음 반대편의 기판은 러빙(RUBBING)을 하지 않은 상태로 두 개의 기판(2, 12)을 이용하여 진공 주입용 공셀을 완성한다.

셀 제조시의 셀의 두께는 전기 광학 특성에 크게 영향을 미치게 되는데, 셀의 두께는 반강유전성 액정의 나선 구조 보다 작게해야 액정의 배향이 잘된다. 통상의 셀갭은 2μm 이하를 유지해야 하나 1.5-2.0μm를 유지하는 것이 보통이다.

러빙이 완성된 공셀에 진공 등을 이용한 방법으로 액정(4)을 주입하는데, 주입시의 온도는 주입 액정(4)이 등방성을 나타내는 온도 범위에서 행하여야 한다. 주입이 완성된 셀은 온도를 서서히 내리면서 배향을 실시한다. 이 때 소정의 직류 전압을 인가한 상태에서 배향을 실시하는 것이 본 발명의 특징이다. 이 때, 인가하는 소정의 직류 전압은, 도 4에 도시된 바와 같이, 러빙 방향과 광축이 일치하는 전압이 선택된다. 이와 같이, 상기 소정의 직류 전압이 인가된 상태에서 액정 배향을 실시하면, 액정 셀의 광 투과율은 도 5에 도시된 바와 같이 액정 셀의 구동 전압이 0V일 때 가장 투과율이 낮은 대칭형의 V자 곡선을 이룬다. 도 4에서 도 1의 부재번호들과 일치하는 부재번호들은 도 1의 부재들과 동일한 부재들 임을 나타낸다.

또한, 온도를 급격히 냉각시키는 경우 배향이 제대로 이루어지지 않게 되므로 주의하여야 한다. 배향이 끝난 셀의 경우 러빙한 기판의 러빙 방향을 광축으로하는 평광판을 부착하고 다른 편의 기판에는 이와 수직방향의 검광판을 부착하여 셀을 제조한다.

이와 같은 방법으로 제작된 액정 패널의 셀들에 전장을 인가하면 액정분자는, 도 4에 도시된 바와 같이, 상하의 전계 방향에 대하여 러빙방향인 광축을 중심으로 수직방향인 액정의 콘에서 X, Y의 방향으로 움직이게 된다. 이 때 좌우로 움직이는 각도는 전압의 크기에 비례한다. 따라서, 인가 전압을 조절하여 콘의 각도를 변하게 하면, 도 5에 도시된 바와 같이 광 투과율이 액정셀에 형성된 전장의 세기(인가된 전압)에 따라 변함으로써 계조표시가 이루어질 수 있게 된다.

이러한 방법으로 페리 액정 패널을 제작하여 본 실시예 및 아무런 전압 인가 없이 주입된 액정의 배향을 실시하는 기존의 방법으로 제작된 비교예를 소개한다.

<실시예>

본 실시예의 셀은 배향제로서 합성된 폴리이미드(polyimide)계 배향제를 사용하였다. 먼저, 한 쪽의 투명전극 위에 포리이미드계 배향제((Nissan화학 RN1199)를 스핀 코팅(spin coating)하고, 80℃에서 10분간 소성한 다음 러빙처리를 하고 180℃에서 1시간 재소성을 하고 다시 러빙 처리를 하였다. 다른 쪽의 투명전극에는 폴리이미드를 스핀 코팅하고하고 80℃에서 소성을 한 다음 180℃에서 1시간 재소성을 하였다. 이렇게 하여 만들어진 상하의 투명전극을 이용 진공 주입용 공 셀을 만들었다. 이 때 셀갭을 유지하기 위하여 1.6μm의 스페이서를 액정 주입액에 혼합하여 주입함으로써 셀갭을 유지하였고 완성된 셀의 두께 측정결과 1.6-1.8μm를 유지하였다. 완성된 진공용 셀에 120℃에서 자발분극을 갖는 반강유전성액정 혼합물을 주입한 후 직류전압을 0.5volt인가한 상태에서 분당 2℃의 냉각속도로 냉각하여 배향을 하였다. 제조된 셀의 광축을 측정한 결과 러빙방향과 일치하는 것을 알 수 있었다. 만들어진 셀의 러빙을 행한 전극의 표면에 편광판의 광축과 액정의 광축(러빙 방향을 일치하도록하고 반대편의 전극의 표면에는 이와는 직각의 광축이 되도록하여 편광판을 부착하여 셀을 완성하였다. 이렇게 하여 얻어진 셀의 전기광학특성을 측정한 결과 전압-투과율 곡선은 좌우가 거의 대칭 상태에 있었다. 셀은 장시간 반복구동을 하여도 콘트라스트가 저하되지 않았으며 응답속도는 250μsec, 콘트라스트는 200 이상으로 나타났다. 또한 시야각은 콘트라스트 10대1기준으로하여 상하, 좌우 각각 150°이상이었다. 고온에서 장시간 방치하여도 전기광학 특성은 변하지 않았다.

<비교예>

실시예에서 사용된 방법과 동일한 방법으로 제조된 페리 액정 패널의 셀들에 액정을 주입한 후 전장을 인가하지 않고 배향을 행한 셀에서는 광축과 러빙방향이 약 7°정도 비틀어져있었다. 셀의 전기광학 특성을 측정한 결과 좌우비대칭의 발생으로 정지 화상 구현시에 잔상현상이 발생하였고 색상의 재현성이 떨어지는 문제점이 발생하였다. 이 이외에도 상하전극에 같은 배향제를 사용할 경우에는 단면 러빙의 경우 모든경우에서 좌우 비대칭의 전압(V)-투과율(T) 곡선을 나타내었다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 페리 액정 표시 패널의 제조 방법은, 패널을 제작한 다음 패널의 공 셀에 액정 주입을 주입하고 배향처리를 하는 과정에서 소정의 전압을 인가한 상태에서 서서히 온도를 내리면서 배향처리를 함으로써 배향막의 러빙 방향과 광축을 일치하게 한다. 따라서, 이와 같이 제작된 액정 패널의 셀들은 기존의 액정 패널 제조 방법에 의해서 만들어진 셀에서 생겨나는 전압-투과율 곡선의 좌우 비대칭 현상에서 발생하는 잔상의 발생과 플리커(flicker)의 발생을 완전하게 해결할 수 있다.

Claims (2)

1. 서로 대향하는 두 투명 기판; 상기 두 투명 기판의 대향면들에 각각 서로 교차하는 방향의 스트라이프 상의 투명 전극들; 상기 두 기판의 대향면 상에 각각 상기 투명 전극들을 덮도록 도포된 배향막; 및 상기 배향막들 사이에 주입된 페리 유전성 액정;을 구비한 액정 표시 패널의 제조 방법에 있어서,

   공 셀의 상기 액정 표시 패널을 제작하는 단계;

   상기 공 셀들에 반강유전성 액정 혼합물 및 소정 규격의 스페이서를 혼합하여 소정의 온도에서 주입하는 단계; 및

   상기 주입된 반강유전성 액정 혼합물 영역에 소정 세기의 직류 전기장을 형성한 상태에서 소정의 냉각 속도로 냉각시키면서 액정 배향을 실시하는 단계;를

   포함하는 것을 특징으로 하는 페리 액정 표시 패널의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 두 기판 상의 배향막들 중 일측 기판 상의 배향막에만 러빙 처리가 된 것을 특징으로 하는 페리 액정 표시 패널의 제조 방법.