KR100697389B1 - 고분자분산액정 표시장치의 제조방법 - Google Patents

고분자분산액정 표시장치의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 안료 분산 특성을 높일 수 있는 고분자분산액정 표시장치의 제조방법을 개시한다. 개시된 본 발명의 고분자분산액정 표시장치의 제조방법은, 화소전극 및 데이타라인이 구비된 어레이 기판을 제공하는 제1단계; 상기 기판 상에 유기막 코팅에 의해 대전된 R,G,B의 안료와 고분자의 용액에 액정을 섞은 혼합액을 성막하는 제2단계; 상기 화소전극에 전압을 인가하여 대전된 R,G,B의 안료를 기판쪽으로 침전시키는 제3단계; 상기 성막된 혼합액에 선택적으로 UV-노광을 행하여 액정과 고분자를 상분리시키고 액정방울을 형성함과 아울러 패터닝되게 광중합반응을 일으키는 제4단계; 상기 UV-노광된 혼합액을 현상해서 노광되지 않은 혼합액 부분을 제거하여 R,G,B 컬러필터 기능을 하는 스트립 구조의 혼합층을 형성하는 제5단계; 및 상기 혼합층을 포함한 기판 전면 상에 공통전극을 형성하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

고분자분산액정 표시장치의 제조방법{Method for fabricating polymer dispersed liquid crystal display device}
도 1은 본 발명에 따른 고분자분산액정 표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 블럭도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 고분자분산액정 표시장치의 어레이 기판을 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 형성된 고분자분산액정 표시장치의 어레이 기판을 도시한 단면도.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
1 : 유리기판 2 : 화소전극
3 : 데이터라인 4 : 고분자
5a : R-안료 5b : G-안료
5c : B-안료 6 : 액정 방울
7a : R-PDLC층 7b : G-PDLC층
7c : B-PDLC층 8 : 공통전극
9 : 흡수층 10 : 어레이 기판
본 발명은 고분자분산액정 표시장치의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 안료 분산 특성을 높일 수 있는 고분자분산액정 표시장치의 제조방법에 관한 것이다.
액정표시장치는 현재 노트북 PC 및 모니터 시장을 잠식하고 있으며, 조만간 TV 시장도 크게 잠식할 것으로 예상되고 있다. 그런데, 액정표시장치는 기존 표시장치인 CRT와 비교할 때, 제품 특성면에서 시야각, 응답속도, 투과도 및 색재현성 등이 개선되어야 하고, 특히, 가격 측면에서는 아직까지 큰 격차를 보이고 있다.
이에, 상기한 단점들을 극복하기 위해 학교, 연구기관 및 산업체 등에서 액정표시장치에 대한 많은 연구가 진행되고 있으며, 그 중에서 제조공정이 간단하고 편광판이 필요없어 제품 경쟁력을 높일 수 있는 고분자분산액정(polymer dispersed liquid crystal: 이하, PDLC) 표시장치가 개발중에 있다.
상기 PDLC 표시장치는 한 쌍의 투명기판 사이에 기존 액정층 대신에 1∼2㎛ 직경의 액정 방울(LC droplet)이 고분자층 내에 분산된 형태를 취하는 PDLC 필름이 개재된 구조로서, 전계가 인가되지 않은 경우에는 액정과 고분자의 굴절율들이 상호 일치하지 않는 것에 의해 입사광이 산란됨으로써 PDLC 필름이 불투명해져 블랙 상태(Black state)를 구현하고, 전계가 인가되는 경우에는 액정과 고분자의 굴절율들이 상호 일치하는 것에 의해 입사광이 투과됨으로써 PDLC 필름이 투명해져 화이트 상태(white state)를 구현한다.
따라서, 상기 PDLC 표시장치는 빛의 산란 및 투과를 이용해서 구동하므로 편광판이 필요치 않아 제조비용을 낮출 수 있음은 물론, 편광판을 사용해야 하는 통상의 액정표시장치 보다 광의 이용효율이 높아 휘도가 좋고, 시야각이 우수하여 조광표시가 가능하며, 그리고, 액정주입 및 액정배향의 공정을 단순화 또는 생략할 수 있어서 제품 경쟁력을 높일 수 있다.
부가해서, PDLC 필름에 R(Red), G(Green) 및 B(Blue)의 안료를 혼합시켜 제작한 PDLC 표시장치, 즉, RGB-PDLC 표시장치는 편광판은 물론 컬러필터의 형성도 생략할 수 있어서 제품 경쟁력을 더욱 높일 수 있다.
그러나, 종래 RGB-PDLC 표시장치의 제조방법은 다음과 같은 문제점이 있다.
예컨데, 한 쌍의 투명기판 사이에 개재되는 RGB-PDLC 필름은 고분자와 액정의 용해도 차이를 이용하는 상분리법에 의해 제조된다. 이것은 R,G,B 안료와 고분자 및 액정을 혼합한 용액에 자외선이나 열을 가해 중합반응이 진행되도록 하고, 이때, 액정의 용해도가 감소하여 액정이 방울(droplet) 형태로 석출되어지는 원리로 제조하는 것이다.
이러한 상분리 방법은 저전압 및 고속응답의 구동특성에 유리한 방식인데, 현재는 PIPS(Polymerization Induced Phase Separation) 및 SIPS(Solvent Induced Phase Separation) 방법들에 대한 연구가 활발히 진행중이다.
여기서, 상기 PIPS 상분리 방법은 투명전극이 형성된 기판 상에 R,G,B 안료와 고분자 및 액정을 혼합해서 도포한 후, 자외선을 가해 액정과 고분자간 상분리가 일어나도록 하는 방법이다. 상기 SIPS 상분리 방법은 클로로포름과 같은 소중합 체 및 단량체의 액정 성분들을 공동용매에 모두 용해시켜 균일 혼합액을 만들고, 이를 바코터를 이용하여 투명전극이 형성된 기판 상에 일정한 두께로 도포한 후, 용매를 제거하여 액정과 고분자간 상분리가 일어나도록 하는 방법이다.
그런데, 상기한 PIPS 및 SIPS 상분리 방법들 모두 액정과 고분자간 상분리는 안정적으로 이루어지지만, 액정과 고분자 혼합용액에서의 안료 분산 특성이 불량하므로, 이렇게 얻어진 RGB-PDLC 필름은 컬러필터 기능을 제대로 수행하지 못한다. 물론, 에이징(aging)이나 가온공정 등을 통해 안료의 침전이 이루어지도록 할 수는 있겠지만, 이 방법은 공정 제어가 쉽지 않다. 결국, 종래 기술로는 RGB-PDLC 필름이 고른 색특성을 가지는 컬러필터의 기능을 제공할 수 없다.
따라서, 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 액정, 액정 및 고분자의 혼합액에서의 안료의 분산 특성을 높일 수 있는 PDLC 표시장치의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 RGB-PDLC 필름이 고른 색특성을 가지는 컬러필터의 기능을 제공하도록 함으로써 제품 경쟁력을 높일 수 있는 PDLC 표시장치의 제조방법을 제공함에 그 다른 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, 화소전극 및 데이타라인이 구비된 어레이 기판을 제공하는 제1단계; 상기 기판 상에 유기막 코팅에 의해 대전된 R,G,B의 안료와 고분자의 용액에 액정을 섞은 혼합액을 성막하는 제2단계; 상기 화소전극에 전압을 인가하여 대전된 R,G,B의 안료를 기판쪽으로 침전시키는 제3단계; 상기 성막된 혼합액에 선택적으로 UV-노광을 행하여 액정과 고분자를 상분리시키고 액정방울을 형성함과 아울러 패터닝되게 광중합반응을 일으키는 제4단계; 상기 UV-노광된 혼합액을 현상해서 노광되지 않은 혼합액 부분을 제거하여 R,G,B 컬러필터 기능을 하는 스트립 구조의 혼합층을 형성하는 제5단계; 및 상기 혼합층을 포함한 기판 전면 상에 공통전극을 형성하는 제6단계를 포함하는 PDLC 표시장치의 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 기판 상에 안료와 고분자의 용액에 액정을 섞은 혼합액을 성막하는 단계는 코팅 또는 프린팅 방법으로 수행한다.
그리고, 상기 제2단계 내지 제5단계는 R-안료, G-안료 및 B-안료에 대해서 각각 반복 수행한다.
또한, 상기한 본 발명의 PDLC 표시장치의 제조방법은 상기 공통전극을 형성하는 단계 후 상기 공통전극 상에 흡수층을 형성하는 단계를 더 포함하여 반사형의 PDLC 표시장치를 형성할 수 있다.
(실시예)
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하도록 한다.
먼저, 본 발명의 기술적 원리를 설명하면, 본 발명은 R,G,B의 안료와 고분자의 용액에 액정을 섞은 후, 이 혼합액을 어레이 공정이 완료된 어레이 기판 상에 성막한다. 그런다음, 어레이 기판의 화소전극에 대전된 R,G,B의 안료와 반대 전위 의 전압을 인가해서 상기 R,G,B의 안료가 기판쪽으로 고르게 침전되도록 만든다. 그리고나서, 상기 R,G,B의 안료가 고르게 침전된 혼합액에 UV 조사를 행하여 액정과 고분자간 상분리가 일어나도록 함과 아울러 액정 방울을 형성시켜 RGB-PDLC 필름을 형성한다.
이렇게 하면, 대전된 R,G,B의 안료를 이용하는 것으로부터 액정 및 고분자 혼합액에서의 상기 R,G,B 안료의 분산 특성을 높일 수 있으며, 그래서, RGB-PDLC의 제품 경쟁력을 높일 수 있다.
자세하게, 도 1은 본 발명에 따른 PDLC 표시장치의 제조방법을 설명하기 위한 블럭도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 PDLC 표시장치의 어레이 기판을 도시한 단면도로서, 이를 설명하면 다음과 같다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 공지의 공정에 따라 유리기판(1) 상에 ITO 또는 IXO 재질의 투명금속으로 이루어진 화소전극(2)이 형성되고, 그리고, 데이터라인(3)이 형성된 구조의 어레이 기판(10)을 마련한다.
그런다음, 유기막 코팅을 통해, 예컨데, (+) 전위로 대전시킨 R-안료(5a)와 고분자(4)의 용액에 액정을 일정비율로 섞어 혼합액을 만든 후, 이 혼합액을 상기한 어레이 기판(1) 상에 코팅(coating) 또는 프린팅(pronting) 방법에 따라 성막한다.
이어서, 상기 화소전극(2)에 (+) 전위로 대전된 R-안료(5a)와 반대 전위인 (-)의 전압을 인가하고, 이를 통해, 상기 대전된 R-안료(5a)를 기판쪽으로, 보다 정확하게는, 화소전극(2) 표면으로 고르게 침전시킨다.
그 다음, R-안료(5a)의 고른 침전이 이루어진 혼합액에 PIPS 상분리 방법에 따라 선택적으로 UV 조사, 즉, UV-노광을 실시한다. 이 경우, UV-노광된 혼합액 부분에서는 액정과 고분자의 상분리가 이루어지며, 이에 따라, 고분자(4) 내에 액정 방울(6)이 형성된다. 또한, 상기 UV-노광이 이루어진 것과 관련해서 UV 조사가 이루어진 혼합액 부분은 패터닝될 수 있게 광중합반응이 일어난다.
그리고나서, UV-노광에 의해 선택적으로 광중합반응이 이루어진 혼합액을 현상해서 유리기판(1) 상의 해당 영역 상에 스트립(strip) 구조 R-PDLC층(7a)을 형성한다.
계속해서, 유기막 코팅을 통해 대전시킨 G-안료(5b)와 고분자(4)의 용액에 액정을 일정비율로 섞어 혼합액을 만든 후, 이 혼합액을 상기 R-PDLC층(7a)이 형성된 어레이 기판(10) 상에 코팅 또는 프린팅 방법에 따라 성막하고, 그런다음, 화소전극(2)에 전압을 인가하여 상기 대전된 G-안료(5b)를 기판쪽으로 고르게 침전시킨다. 이어서, G-안료(5b)의 고른 침전이 이루어진 혼합액에 선택적으로 UV-노광을 실시하여 액정과 고분자의 상분리가 이루어지도록 함은 물론 고분자(4) 내에 액정 방울(6)이 형성되도록 하고, 아울러, 광중합반응이 일어나도록 한다. 그리고나서, UV-노광에 의해 선택적으로 광중합반응이 이루어진 혼합액을 현상해서 해당 영역 상에 스트립 구조 G-PDLC층(7b)을 형성한다.
연이어, 상기 R-PDLC층(7a) 및 G-PDLC층(7b)이 형성된 어레이 기판(10) 상에 대전된 B-안료(5c)와 고분자(4)의 용액에 액정을 섞어 만든 혼합액을 코팅 또는 프린팅 방법에 따라 성막한 후, 화소전극(2)에 전압을 인가하여 B-안료(5c)의 고른 침전을 유도한다. 그런다음, 이 혼합액에 선택적으로 UV-노광을 실시하여 액정과 고분자의 상분리가 이루어지도록 함은 물론 액정 방울(6)이 형성되도록 하고, 또한, 선택적으로 광중합반응이 일어나도록 한다. 그리고나서, 선택적으로 광중합반응이 일어난 이 혼합액을 현상해서 스트립 구조 B-PDLC층(7c)을 형성한다.
그 다음, 상기 R-PDLC층(7a)과 G-PDLC층(7b) 및 B-PDLC층(7c)이 형성된 어레이 기판(10)의 전면 상에 ITO 또는 IXO의 투명금속으로 이루어진 공통전극(8)을 형성한다.
이후, 도시하지는 않았으나, 상기 단계까지의 기판 결과물을 소정 구성요소들을 구비한 또 다른 투명기판과 합착시켜 본 발명에 따른 RGB-PDLC 표시장치의 제조를 완성한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 RGB-PDLC 표시장치는 R,G,B 안료를 대전시킨 상태로 액정 및 고분자의 용액에 혼합시킨 것과 관련해서 상기 액정 및 고분자 혼합액에서의 안료의 분산 특성을 높일 수 있다.
따라서, 이렇게 얻어진 RGB-PDLC 필름은 고른 색특성을 가지는 컬러필터의 기능을 제공할 수 있으므로, 본 발명의 PDLC 표시장치, 즉, RGB-PDLC 표시장치는 제품 경쟁력을 높일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따라 형성된 PDLC 표시장치의 어레이 기판을 도시한 단면도로서, 이 실시예에 따르면, 공통전극(8)의 형성 후, 그 위에 흡수층(9)을 추가 형성할 수 있으며, 이를 통해, 반사형의 PDLC 표시장치를 제조할 수 있다.
한편, 전술한 본 발명의 실시예들에 있어서는 기판 재질로 유리를 사용하였지만, 플라스틱(plastic)과 같은 고분자를 사용할 수 있으며, 이 경우에는 플렉서블 표시장치(flexible display)를 구현할 수 있다. 특히, 본 발명은 빛의 산란과 흡수 등을 이용해 빛을 제어하기 때문에 기판 휘어짐에 따른 광특성 변화가 적어 플렉서블 표시장치에 적합하다.
이상에서와 같이, 본 발명은 액정 및 고분자 용액에서의 안료 분산 특성을 높일 수 있기 때문에 편광판의 기능은 물론 컬러필터의 기능을 안정적으로 수행하는 RGB-PDLC 필름을 제공할 수 있으며, 이에 따라, 본 발명은 편광판 및 컬러필터의 생략과 액정 주입 및 배향 공정의 생략 또는 단순화를 이룰 수 있으므로, 그래서, 재료비 절감 및 공정시간 단축을 통해 생산성을 향상시킬 수 있고, 제품 경쟁력을 높일 수 있다.
이상, 여기에서는 본 발명을 특정 실시예에 관련하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명이 그에 한정되는 것은 아니며, 이하의 특허청구의 범위는 본 발명의 정신과 분야를 이탈하지 않는 한도 내에서 본 발명이 다양하게 개조 및 변형될 수 있다는 것을 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 알 수 있다.

Claims (7)

  1. 화소전극 및 데이타라인이 구비된 어레이 기판을 제공하는 제1단계;
    상기 기판 상에 유기막 코팅에 의해 대전된 R,G,B의 안료와 고분자의 용액에 액정을 섞은 혼합액을 성막하는 제2단계;
    상기 화소전극에 전압을 인가하여 대전된 R,G,B의 안료를 기판쪽으로 침전시키는 제3단계;
    상기 성막된 혼합액에 선택적으로 UV-노광을 행하여 액정과 고분자를 상분리시키고 액정방울을 형성함과 아울러 패터닝되게 광중합반응을 일으키는 제4단계;
    상기 UV-노광된 혼합액을 현상해서 노광되지 않은 혼합액 부분을 제거하여 R,G,B 컬러필터 기능을 하는 스트립 구조의 혼합층을 형성하는 제5단계; 및
    상기 혼합층을 포함한 기판 전면 상에 공통전극을 형성하는 제6단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자분산액정 표시장치의 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 상에 유기막 코팅에 의해 대전된 안료와 고분자의 용액에 액정을 섞은 혼합액을 성막하는 단계는, 코팅(coating) 또는 프린팅(printing) 방법으로 수행하는 것을 특징으로 하는 고분자분산액정 표시장치의 제조방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제2단계 내지 제5단계는 R-안료, G-안료 및 B-안료에 대해서 각각 반복 수행하는 것을 특징으로 하는 고분자분산액정 표시장치의 제조방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 안료는 (+)로 대전시키고, 상기 화소전극에는 (-) 전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 고분자분산액정 표시장치의 제조방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 공통전극을 형성하는 단계 후, 상기 공통전극 상에 흡수층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자분산액정 표시장치의 제조방법.
  6. 화소전극 및 데이타라인이 구비된 어레이 기판을 제공하는 단계;
    상기 기판 상에 유기막 코팅에 의해 대전된 R-안료와 고분자의 용액에 액정을 섞은 제1혼합액을 성막하는 단계;
    상기 화소전극에 전압을 인가하여 대전된 R-안료를 침전시키는 단계;
    상기 성막된 제1혼합액에 선택적으로 UV-노광을 행하여 액정과 고분자를 상분리시키고 액정방울을 형성함과 아울러 패터닝되게 광중합반응을 일으키는 단계;
    상기 UV-노광된 제1혼합액을 현상해서 노광되지 않은 제1혼합액 부분을 제거하여 R-컬러필터 기능을 하는 스트립 구조의 제1혼합층을 형성하는 단계;
    상기 제1혼합층이 형성된 기판 상에 유기막 코팅에 의해 대전된 G-안료와 고 분자의 용액에 액정을 섞은 제2혼합액을 성막하는 단계;
    상기 화소전극에 전압을 인가하여 대전된 G-안료를 침전시키는 단계;
    상기 성막된 제2혼합액에 선택적으로 UV-노광을 행하여 액정과 고분자를 상분리시키고 액정방울을 형성함과 아울러 패터닝되게 광중합반응을 일으키는 단계;
    상기 UV-노광된 제2혼합액을 현상해서 노광되지 않은 제2혼합액 부분을 제거하여 G-컬러필터 기능을 하는 스트립 구조의 제2혼합층을 형성하는 단계;
    상기 제1 및 제2혼합층이 형성된 기판 상에 유기막 코팅에 의해 대전된 B-안료와 고분자의 용액에 액정을 섞은 제3혼합액을 성막하는 단계;
    상기 화소전극에 전압을 인가하여 대전된 B-안료를 침전시키는 단계;
    상기 성막된 제3혼합액에 선택적으로 UV-노광을 행하여 액정과 고분자를 상분리시키고 액정방울을 형성함과 아울러 패터닝되게 광중합반응을 일으키는 단계;
    상기 UV-노광된 제3혼합액을 현상해서 노광되지 않은 제3혼합액 부분을 제거하여 B-컬러필터 기능을 하는 스트립 구조의 제3혼합층을 형성하는 단계; 및
    상기 제1, 제2 및 제3혼합층을 포함한 기판 전면 상에 공통전극을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자분산액정 표시장치의 제조방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 공통전극을 형성하는 단계 후, 상기 공통전극 상에 흡수층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 고분자분산액정 표시장치의 제조방법.
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