KR100408495B1 - 액정 표시 소자의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 액정 표시 소자 패널 제조 방법에 관한 것이다.

액정 표시 소자 패널 제조 방법은 1. 액정 제어를 위한 제1전극과 제2전극이 각각 그 내면에 마련된 제1패널과 제2패널을 마련하는 단계; 상기 제1패널과 제2패널을 소정 간격 유지하도록 상호 접합하여 패널 결합체를 마련하는 단계; 상기 패널 결합체에 액정과 모노머의 혼합물을 주입하는 단계; 상기 패널 결합체를 소정 온도로 가열하여 상기 혼합물을 열적으로 숙성시키는 단계; 상기 혼합체에 자외선을 가하여 상기 혼합체의 모노머를 경화시키는 단계를; 포함한다. 이상과 같은 본 발명 제조 방법에 의하면, 액정-모노머 주입시 발생된 유동 배향을 없앨 수 있고, 따라서 전체적으로 고른 화질의 화상을 형성할 수 있는 우수한 전기 광학적 특성을 가지는 액정표시소자를 제조할 수 있다.

Description

액정 표시소자의 제조 방법

본 발명은 액정 표시소자의 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 투명 전극 사이에 액정을 주입할 때 발생하는 유동 배향에 의한 결함을 제거할수 있는 액정 표시소자의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 액정이란 액체의 유동성과 결정의 광학적 성질을 겸비한 액체와 고체의 중간적 성질을 갖는 물질로서, 전계 또는 열에 의해 그 광학적 이방성이 변화될 수 있는 것이다. 이러한 성질을 이용한 것이 액정 표시 패널로서 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel)나 전계발광패널(electroluminescent display panel)와 더불어 평판 표시장치의 대표적인 것으로 알려져 있다.

현재 사용되고 있는 화상 표시 소자로는 음극선관(cathode ray tube)과 평판소자인 액정표시소자(liquid crystal display), 플라즈마 표시소자(PDP), 형광표시소자(VFD) 등이 있다.

상기 화상 표시 소자중 음극선관은 화질 및 밝기의 측면에서 타소자에 비해 월등히 우수한 성능을 갖고 있다. 그러나 현재 대형화 되는 추세에 적용되기에는 부피가 너무 크고, 무게가 너무 무겁다는 단점이 있다.

반면에 화상표시소자 분야에 있어서, 평판표시소자는 부피 및 무게의 면에 있어서 음극선관에 비해 현저히 줄일 수 있는 장점이 있으므로 여러 분야에서 널리 이용되고 있다. 특히, 액정은 취급이 용이하고 외부 전계 인가 여부에 의해 디렉터(director)가 변화되는 고유의 특성이 있기 때문에, 표시 소자의 재료로서 액정을 이용하는 액정 표시소자가 가장 널리 사용되고 있다.

액정 표시 소자는 전력 소비가 적으며 경량이라는 장점으로 인하여 휴대용 노트북 컴퓨터(note book computer) 또는 휴대용 정보 단말기를 중심으로 그 수요가 날로 확산되고 있는 상황이다.

현재 액정 표시소자의 주류를 이루고 있는 것은 박막 트랜지스터(thin film transistor: TFT)에 의한 개별 화소의 동적 구동이 가능한 TN(Twisted Nematic)형 및 TN 방식을 개량한 단순 메트릭스 구동 방식의 STN(Super Twisted Nematic)형 액정 표시 장치이다. 이들은 구동 원리상 편광판을 사용하기 때문에 광의 이용 효율이 적어 휘도가 떨어지고 시야각이 60도 내외로 매우 좁다. 또한 칼라 화상을 구현하기 위해 칼라 필터를 사용할 경우에는 광원 광량의 10%도 이용하지 못하기 때문에 광이용효율이 매우 낮고 이같은 경우 LCD의 휘도를 높이기 위해 높은 휘도의 광원을 사용하게 되는데 이로 인하여 광원의 높은 소비 전력에 의해 기전력이 낮은 배터리로 구동되는 휴대형 컴퓨터의 경우 장시간 사용할 수 없는 등의 문제가 있다. 또한 구조적으로 액정의 프리얼라인먼트를 위하여 배향막이 적용되는 종류의 것에 있어서는, 화소 밀도가 높아 질수록 박막 트랜지스터 주위 부분의 배향막 처리가 어려운 문제가 있다.

따라서 편광판 대신 광의 산란 및 투과 현상을 이용하는 액정 표시 장치를 개발하기 위한 연구가 광범위하게 이루어져 온 결과, 고분자 물질에 액정이 분산되어 있는 광제어층을 갖는 광산란 모드의 고분자 분산형 액정 표시소자(PDLCD: Polymer Dispered Liquid Crystal Display)가 개발되었다.

PDLCD에 있어서, 광제어층의 액정은 방울 상태로 고분자 물질 중에 분산되어 있거나 상호 연계되어 있다. 이러한 광제어층에 전장이 인가되지 상태에서는, 고분자 물질 중의 액정의 다이렉터(director)는 장거리적인 질서도를 갖지 못하고 휘거나 불연속적으로 된다. 전장을 인가하지 않은 액정과 고분자로 이루어진 광제어막에 입사한 광은 액정과 고분자의 계면에서의 굴절률 차이에 의한 광산란과 액정의 다이렉터의 비틀림에 의한 광산란으로 광제어층 자체가 백탁의 상태로 변한다. 여기에 전장을 인가하면 유전 이방성이 정(正)인 액정은 액정의 장축이 전장의 방향으로 배향하게 된다. 전장을 인가한 상태에서 광제어층에 입사된 광은 고분자와 액정의 계면에 의해 광산란이 발생된다. 그러나 전장 인가시 액정의 상광 굴절률과 고분자의 굴절률을 일치시킴으로써 계면에서의 광산란을 최소화함으로써 투명한 광투과 상태를 얻을 수 있다.

PDLC의 제조방법의 한가지 방법으로서 투명한 고분자 수지에 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)로된 제1전극이 형성되어 있는 유리판이나 폴리에스터 필름 등의 제1패널 위에 5-20㎛의 두께로 균일하게 코팅한 뒤 물을 증발시킨 다음 ITO로 된 제2전극이 형성되어 있는 유리판이나 폴리에스터 필름 등의 제2패널과 접착시켜 PDLC를 제조하는 방법이다.

또 다른 제조 방법으로는 모노머(monomer)와 액정의 용해도 차이를 이용하는 상분리에 의한 제조 방법이 있다(미국 특허 4,688,900호 및 4,685,771호). 이 방법은 액정을 고분자 수지의 모노머 또는 올리고머에 용해시킨 다음 자외선이나 열에 의해 중합시키면 중합 반응이 진행됨에 따라 액정의 용해도가 감소되어 액정이 방울 형태로 석출되는 원리를 이용한 것으로서 LCD에 가장 적합한 것으로 알려지고 있다. 그외의 방법으로는 용매 증발법과 액정의 캡슐화법이 있다.

이상과 같은 액정 표시 소자의 광에 대한 투과 또는 차단 특성은 액정의 구동특성에 따라 영향을 받게되고, 액정의 구동 특성은 액정 표시 소자 내부에 형성된 액정 셀 갭의 정확한 두께 및 액정 셀 갭 두께의 균일성에 영향을 받는다. 액정 표시소자를 제조하는 과정에서 액정 셀 갭이 불균일하게 형성되면 액정의 구동특성이 좋지 않아 광제어 성능, 즉 액정표시소자의 성능이 저하된다. 셀 갭 두께의 크기 및 균일도는 사용되는 스페이서의 종류 및 제조 방법 등에 의해서 결정되므로 이에 대해 많은 연구가 진행되어 왔다.

일반적으로 셀 갭을 형성하는 방법은 스페이서를 용제에 혼합, 교반하는 단계, 이를 제1전극이 형성되어 있는 제1패널 위에 도포하는 단계 및 별도로 제작된 것으로 그 내면에 제2전극이 형성되어 있는 제2패널을 상기 제1패널에 접합시키는 단계를 거치는 것이 일반적이다.

액정 표시 소자에 액정을 제1패널과 제2패널의 사이에 개재시키는 방법으로는 결합된 제1패널과 제2패널의 사이에 진공압에 의해 주입방법과 미리 제1패널에 액정-모노머 혼합체를 도포한 후 이 위에 제2패널을 압착하는 방법 등의 두 가지가 있는데, 일반적인 표시장지용으로서는 제조 공정이 간단하고 액정 주입 후의 셀 두께 조절이 용이한 진공 주입 방법이 이용되고 있다.

그러나 진공 주입 방법에서는 액정 주입 후 주입 방향을 따라 선모양의 유동 배향 결함 부분이 존재하여 그 부분의 전기 광학적 특성이 결함 이외의 부분과 다르게 나타난다. 즉, 배향 처리를 하지 않음에도 불구하고 액정 주입 방향을 따라 형성된 주입 결함이 광산란 결함부분에서는 투명한 선 모양이 나타나 보이게 되는데, 이 부분은 낮은 광산란으로 인하여 콘트라스트가 저하되고 주변부와 비교하여 전기 광학적 특성이 다르게 나타남으로 인해 액정 표시 소자로서 사용할 수 없게 된다.

또한 휘발성이 강한 광경화성을 모노머를 사용하기 때문에 전술한 바와 같은주입방법으로서는 액정층에 원하는 전기적 특성을 얻기가 대단히 어렵다. 따라서 이러한 문제를 개선하기 위하여 전통적인 진공 주입 방식을 변형한 방식, 예를 들어 액정에서 등방성 액체로 변할 때 액체 상태의 범위인 액정의 등방성 온도 범위와 저진공 하에서 액정을 주입하도록 하는 방법이 사용된다.

한편, 액정 주입 시 액정과 모노머의 상분리 현상으로 인하여 액정과 모노머의 배합 비율이 국소적으로 다르게 됨으로써 경화 후 각 부분의 광산란 정도가 다르게 나타나는 문제가 있다.

본 발명은 상기 문제를 해결하도록 창안된 것으로서, 액정이 주입될때 야기되는 유동 배향을 억제하여 국소적인 광산란도의 편차를 줄일 수 있는 액정 표시 소자 패널의 제조 방법을 제공함을 그 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제조방법은,

액정 제어를 위한 전기적 수단이 마련된 전면패널과 배면패널을 마련하는 단계;

상기 전면패널과 배면패널을 소정 간격 유지하도록 상호 접합하여 패널 결합체를 마련하는 단계;

상기 패널 결합체에 액정과 모노머의 혼합물을 주입하는 단계;

상기 패널 결합체를 소정 온도로 가열하여 상기 혼합물을 열적으로 숙성시키는 단계;

상기 혼합체에 자외선을 가하여 상기 혼합체의 모노머를 경화시키는 단계를; 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 본 발명 제조방법에 있어서, 패널 결합체에 액정-모노머 복합물을 주입하는 단계에서는, 상기 패널 조립체의 진공도를 다단계로 떨어 뜨리면서 상기 복합물의 온도를 등방성 온도 범위로 유지시키도록 하는 것이 바람직하다. 또한 상기 열적 숙성단계와 자외선을 가하여 모노머를 경화시키는 단계 사이에 상기 복합물의 등방성 온도로 냉각하는 단계를 포함하는 것이 바람직하다.

상기 복합물의 등방성 온도 범위가 액정에서 등방성 액체로의 전이 온도보다 10℃ 이상 높은 온도인 것이 바람직하다.

그리고, 복합물을 열적으로 숙성시키는 단계에 있어서는 상기 복합물의 등방성 온도보다 20℃ 높은 온도에서 30분간 이루어지는 것이 바람직하다. 또한, 상기 냉각단계는 상기 복합물의 등방성 은도에서 이루어지는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 한 바람직한 실시예가 다음과 같이 설명된다.

제1도는 본 발명에 따라 제작된 고분자 분산 액정표시소자의 개략적 부분 단면도이다.

제1도를 참조하면, 제1패널(1)과 제2패널(6)의 내면에 투명한 제1전극(2) 및 제2전극(5)이 각각 형성되어 있고, 제1전극(2)과 제2전극(5)의 사이에는 고분자물질(3)에 액정(4)이 분산되어 있는 광제어층이 마련되어 있다.

이상과 같은 구조를 가지는 액정 표시 소자의 제조 방법은 다음과 같다.

제2도 (가) 와 (나)에 도시된 바와 같이 먼저, 투명한 재료로 된 제1패널(1)과 제2패널(6)을 마련하고 이들의 각 내면에 투명한 재료, 예를 들어 ITO 등의 물질로된 제1전극과 제2전극(5)을 형성한다.

제3도에 도시된 바와 같이, 상기 제1패널(1)의 내면에 셀두께 조절용 스페이서를 분산 도포한다.

제4도에 도시된 바와 같이 상기 제2패널(2)의 내면의 가장자리에 소정높이의 실재(8)를 프린트법 등에 의해 형성한다. 이때에 제2패널(2)의 가장자리의 일부분에는 실재(8)를 형성하지 않음으로써 후속되는 혼합물 주입공정에서의 혼합물 주입통로가 마련될 수 있도록 한다.

제5도에 도시된 바와 같이, 상기 제1패널(1)과 제2패널(2)을 상호 압착에 접합한후 상기 실재(8)를 경화시킨다. 이때에 상기 실재(8)가 자외선 등의 광에 의해 경화될 수 있는 광경화성 물질로 된 경우 자외선을 조사함에 의해 상기 실재(8)를 경화할 수 있고, 열경화성 물질인 경우에는 가열과정에 의해 경화된다.

이상과 같이 마련된 제1패널(1)과 제2패널(2)의 결합체를 진공 채임버와 같은 감압장치에 장입한 후 일정 진공압에 까지 도달된 이후에는 상기 결합체에 마련된 혼합물 주입구(실재(8)가 형성되지 않은 부분)를 혼합물에 일정 깊이 담근 상태에서 서서히 감압한다. 이때에 일반적으로 액정-모노머 혼합물은 높은 휘발성의 저점도를 가지기 때문에 낮은 진공하에서도 빠른 속도로 주입이 이루어지는데 이로 인한 유동 배향을 줄이기 위하여 주입시 감압 장치 내부의 진공도를 떨어 뜨리기 위해서 다단계로 서서히 진공도를 떨어 뜨린다. 다단계로 서서히 진공도를 조절하면서 혼합물을 주입함에 있어서, 초기 단계의 주입 속도를 감압을 천천히 진행시킴으로서 조절하여 빠른 주입에 의한 유동 배향을 줄일 수 있다. 주입시 주입 온도는 유동 배향을 없애는데 대단히 중요한 요소인데 상기 혼합물의 등방성 온도 범위에서 주입이 이루어지는 것이 바람직하다. 특히 혼합물의 등방성 온도는 모노머의 영향으로 실온 근처에 있게 되는 것이 보통이나 진공 주입시에는 모노머의 증발과 급속한 팽창으로 인하여 등방성 온도가 저하되는 경우가 발생하므로 주입시의 온도는 액정에서 등방성 액체로의 전이 온도보다 10℃ 정도 높은 온도에서 실시하는 것이 바람직하다.

이렇게 하여 혼합물이 주입된 패널 결합체에 자외선을 조사하여 모노머를 경화시켜 목적하는 고분자 분산 액정 표시소자를 완성하게 되는데, 경화를 행하기 전에 상기 혼합물의 주입이 완료된 패널을 등방성 온도보다 20℃ 정도 높은 온도에서 30분 정도 열처리를 행한 후 전기적 특성을 고려하여 특정한 등방성 온도로 냉각시킨다.

실시예 1

15cm × 20cm 크기의 제1패널의 가장자리 내면에 실재를 프린트에 의해 형성하고 제2패널의 내면에는 셀 두께 조절용 스페이서를 분산하고 이들 두 패널를 상호 고정하여 패널 결합체를 완성하였다. 완성된 패널 결합체에 액정-모노머 혼합물을 주입하기 위하여 패널 결합체를 액정주입장치에 설치하고, 주입장치의 내부 온도를 혼합물의 등방성 전이 온도 20℃ 보다 10℃ 높은 30℃로 하고 5분간 유지시켜 혼합물이 30℃ 정도가 되도록 조절한 후 혼합물 주입과정을 거쳤다. 이 때에 사용된 혼합물은 중합 개시재가 포함된 광경화성 모노머(PN393)과 액정(TL203)을 2:8 중량비로 혼합한 것이 사용되었다.

혼합물을 주입함에 있어서는, 진공을 다단계로 낮추어 가면서 주입을 행하였다. 구체적으로 1000 torr서 2분, 2000 torr서 3분, 3000 torr서 4분간 유지하면서 혼합물을 주입하였다. 혼합물의 주입이 완료된 패널 결합체의 혼합물을 경화 시키기 앞서서, 40℃에서 약1시간 동안 숙성시켰다. 그리고, 목적하는 전기 광학적 특성을 얻을 수 있는 온도로 패널 결합체의 온도를 조절한 다음, 상기 패널 결합체에 365nm의 파장의 자외선을 조사하여 혼합체의 모노머를 중합에 의해 고분자화한다.

이상과 같은 과정을 통해 얻은 액정표시소자를 검사한 결과 주입시의 유동 배향에 의한 결함부를 발견할 수 없었으며 응답 속도, 컨트라스트 등의 전기 광학적 특성 측정 결과 패널의 측정 부위에 따른 편차가 1% 이내이었다.

비교예 1

상기 실시예1에서와 같은 방법으로 패널 결합체를 제작하고, 액정-모노머의 혼합물을 주입하였다. 그리고, 상기 실시예1에와 같은 열숙성을 행하지 않고 곧 바로 자외선으로 상기 모노머를 경화를 시켰다. 이와 같이 얻어진 액정표시소자를 검토한 결과, 육안 관찰 시 주입시의 유동 배향에 의한 결함부가 역시 발견되었으며 응답 속도, 콘트라스트 등의 전기 광학적 특성 측정 결과 패널의 측정 부위에 따른 편차가 10% 이상이었다.

비교예 2

실시예1에서와 같은 방법으로 패널 결합체를 제작하고 액정-모너머 주입시 다단계 감압에 의한 주입방법을 사용하지 않고 주입하고자 하는 진공도 상태에서 바로 대기압 상태로 감압하여 주입을 행한 다음, 실시예1에서와 같은 조건에서 모노머를 경화시켰다. 완성된 액정표시패널을 검사 시, 육안 관찰 결과 주입시의 유동 배향에 의한 결함부는 발견되지 않았으나 응답 속도, 콘트라스트 등의 전기 광학적 특성 측정 결과 패널의 측정 부위에 따른 편차가 5% 이상이었다.

이상에서 설명된 본 발명 실시예와 비교례1 및 2에 의하면, 광경화 이전에 혼합물을 열적으로 숙성시키는 것이 유동 배향에 의한 결함부 발생의 억제, 응답속도의 향상 그리고 콘트라스트의 증가에 있어 매우 효과적인 것을 알수 있다. 즉, 이것은 열숙성에 의해 혼합체의 유동배향을 대부분 제거할 수 있다라는 것이다. 이러한 유동배향의 제거에 의하면 전체적으로 광산란도가 보다 균일화되고, 따라서 전체적인 전기광학적인 특성이 향상되게 되는데, 이러한 열숙성 과정에 더하여 다단계의 감압법을 적용하면 더욱 향상된 특성의 액정표시소자를 얻을 수 있게 된다.

본 발명은 도면에 도시된 일 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야만 할 것이다.

제1도는 본 발명에 따라 제작된 액정표시소자의 개략적 단면도이다.

제2도 내지 제5도는 본 발명 액정표시소자의 제작방법에 따른 공정도이다.

* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 간단한 설명

1 : 제1패널 2 : 제1전극

3 : 고분자물질 4 : 액정

5 : 제2전극 6 : 제2패널

7 : 스페이서 8 : 봉지용 실(seal)

Claims (5)

1. 액정 제어를 위한 제1전극과 제2전극이 각각 그 내면에 마련된 제1패널과 제2패널을 마련하는 단계;

   상기 제1패널과 제2패널을 소정 간격 유지하도록 상호 접합하여 패널 결합체를 마련하는 단계;

   상기 패널 결합체에 액정과 모노머의 혼합물을 주입하는 단계;

   상기 패널 결합체를 소정 온도로 가열하여 상기 혼합물을 열적으로 숙성시키는 단계;

   상기 혼합체에 자외선을 가하여 상기 혼합체의 모노머를 경화시키는 단계를; 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 혼합체를 패널 결합체에 주입하는 단계에서, 상기 패널 조립체의 진공도를 다단계로 떨어 뜨리며, 이와 아울러 액정-모노머 혼합체의 온도를 액정-모노머 혼합체의 등방성 온도 범위로 유지시키도록 하는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 액정-모노머 혼합체의 등방성 온도가 액정에서 등방성 액체로의 전이 온도보다 10℃ 이상 높은 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 열숙성 단계는 상기 액정-모노머의 등방성 온도보다 20℃ 높은 온도에서 30분간 이루어지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 열숙성단계와 혼합체의 모노머를 경화하는 경화단계 사이에서 상기 액정-모노머 혼합물을 등방성 온도로 냉각시키는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 제조 방법.