KR100715906B1 - Ｃｌｃ 컬러필터의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명에서는, 투명 기판을 준비하는 단계와; 상기 투명 기판 상에, 감광성(感光性) 배향제로 이루어진 배향막을 형성하는 단계와; 상기 배향막 상에, 나선구조를 가지며 감광성을 띠는 CLC(Cholesteric Liquid Crystal)를 도포하는 단계와; 상기 CLC가 형성된 기판 표면에 자외선을 조사하여, 상기 CLC 나선의 반복주기인 피치(pitch)를 조절하면서, 상기 배향막 표면에 배향처리를 형성하는 단계를 포함하는 CLC 컬러필터의 제조방법을 제공하므로써, 이 CLC의 피치를 조절하는 컬러링 공정 중에 액정배향이 동시에 이루어지도록 하여, 공정수를 줄여 수율 향상 및 원가절감 효과를 얻을 수 있다.

Description

ＣＬＣ 컬러필터의 제조방법{Method of manufacturing of Cholesteric Liquid Crystal Color Filter}

도 1a 내지 1d는 일반적인 CLC 컬러필터의 제조방법을 단계별로 도시한 단면도.

도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 CLC 컬러필터의 제조방법을 단계별로 도시한 단면도.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

100 : 투명 기판 102 : 배향막

104 : CLC 200 : CLC 컬러필터

본 발명은 컬러필터 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 콜레스테릭 액정(Cholesteric Liquid Crystal ; 이하, CLC라 칭함) 컬러필터의 제조방법에 관 한 것이다.

이러한 CLC 컬러필터는 평판 디스플레이 소자(flat display device)인 액정표시장치용 컬러필터를 이룬다.

일반적으로, 액정표시장치로는 색 재현성이 우수하고 박형인 박막트랜지스터형 액정표시장치(Thin film transistor-liquid crystal display)가 주류를 이루고 있다.

일반적인 박막트랜지스터형 액정표시장치는 하부기판인 박막 트랜지스터 어레이 기판(TFT array substrate)과 상부기판인 컬러필터 기판(color filter substrate) 등으로 구성된다.

이러한 박막트랜지스터형 액정표시장치(이하, 액정표시장치로 약칭함)에서는 광원으로서, 백라이트를 상기 하부기판의 하부에 배치하여 사용한다.

그러나, 이 백라이트에서 생성된 빛은 액정표시장치의 각 셀을 통과하면서 실제로 화면 상으로는 7% 정도만 투과되므로, 고휘도의 액정표시장치를 제공하기 위해서는 백라이트를 더욱 밝게 하기 위해서 전력소모량이 커지게 된다.

따라서, 충분한 백라이트의 전원 공급을 위해서는 전원 공급 장치의 용량을 크게 하여, 무게가 많이 나가는 배터리(battery)를 사용해왔다. 그러나, 이 또한 사용시간에 제한이 있어 왔다.

상술한 문제점을 해결하기 위해 최근에 백라이트광을 사용하지 않는 반사형 액정표시장치가 연구되었다.

이 반사형 액정표시장치는 외부광을 이용하여 동작하므로, 백라이트가 소모 하는 전력량을 대폭 감소하는 효과가 있기 때문에 장시간 휴대상태에서 사용이 가능하여 전자수첩이나 PDA(Personal Digital Assistant) 등의 휴대용 표시소자로 이용되고 있다.

이러한 반사형 액정표시장치에서는, 기존 투과형 액정표시장치에서 투명전극으로 형성된 화소부가 불투명의 반사특성이 있는 반사판 또는 반사전극으로 되어 있다.

그러나, 이러한 반사형 액정표시장치는 외부광을 이용하므로, 휘도가 상당히 떨어지는 문제점이 발생한다.

상기와 같이 휘도가 떨어지는 문제는 이 반사형 액정표시장치의 특성상, 외부광이 상기 컬러필터 기판을 통과하고 이어 상기 하부기판에 위치하는 반사전극에 의해 반사된 후, 다시 컬러필터 기판을 투과해서 화상으로 표현되는 방식으로, 이 컬러필터를 2번 통과할 때 대부분의 빛의 밝기를 소실하게 된다.

상기와 같이 휘도가 떨어지는 문제점을 해결하기 위해서는 이 컬러필터의 투과율을 향상시켜야 하며, 이를 위해서는 이 컬러필터의 색순도를 낮춰야 하지만, 단순히 색순도를 낮추어서 휘도를 향상시키는데에는 한계가 있다.

상술한 일반적인 컬러필터를 이용하는 액정표시장치의 성능을 향상시키기 위해, 빛을 선택적으로 반사/투과하는 특성을 가지는 CLC를 이용한 액정표시장치가 연구/개발되었다.

일반적으로 액정분자는 구조와 조성에 따라 액정상을 띠게 된다. 액정상은 온도와 농도에 영향을 받는다. 지금까지 많이 연구되고 응용된 액정 또는 액정상 은, 액정분자들이 일정한 방향으로 정렬된 규칙성을 갖는 네마틱(Nematic) 액정이다. 이 네마틱 액정은 특히 현재 상용화된 액정디스플레이(LCD;Liquid Crystal Display)에 적용되고 있다.

상기 CLC는, 액정의 분자축이 비틀어진 경우나 반사된 분자의 상이 원래의 상과 다른 카이랄(chiral) 특성을 띠는 분자와 네마틱 액정을 혼합하여 네마틱 액정의 디렉터(director)가 비틀어진 배열 상태를 가지는 액정을 뜻한다.

일반적으로, 네마틱 액정상은 액정 분자들이 일정 방향으로 정렬된 규칙성을 갖는다. 이에 비해 CLC는 층의 구조를 갖는데 각 층에서 액정들은 일반 네마틱의 규칙성을 보인다. 하지만 층간 액정의 배열은 한 방향으로 회전하게 되고 이 회전에 의해 층간의 반사율에 차이가 생기게 된다. 이러한 반사율의 차이는 빛의 반사와 간섭에 의해 색상을 보여 줄 수 있다.

상기 CLC의 액정 분자들의 회전은 일종의 나선(螺旋)구조로 볼 수 있다. 이러한 나선 구조에서 나타나는 두 가지 구조의 특징은 나선의 회전 방향과 나선의 반복 주기인 피치(pitch)이다. 피치는 액정층이 다시 동일한 배열로 돌아올 때까지 높이로 이해할 수 있고 이 피치가 CLC의 색상을 결정하는 변수이다. 즉 피치가 적색의 파장(650nm)과 동일한 경우 이 CLC는 정면에서 적색을 반사하게 된다. CLC에서 반사된 빛을 측면에서 관측하면 관측각도에 따라 황색, 녹색, 청색 등 가시광 영역의 모든 색상을 볼 수 있다.

즉, 빛의 산란과 투과를 이용하는 평판 디스플레이 장치에서 CLC를 사용하면 그 특성색의 반사와 산란 상태를 이용해 화면표시를 할 수 있다.

CLC의 구조에서 또 다른 중요 특징은 CLC 나선의 회전방향이다. 이는 CLC의 반사특성에 있어 편광(偏光)을 형성시킬 수 있는 중요한 요인이 된다. 즉 CLC의 나선구조가 우선(右旋) 혹은 좌선(左旋) 여부에 따라 반사되는 빛의 원 편광(圓偏光)의 방향이 결정된다. 우선 CLC는 해당 피치의 우원 편광을 반사하게 된다. 일상의 빛은 우원 혹은 좌원 편광의 합으로 생각할 수 있고 CLC를 이용하는 경우 그 구조에 따라 일정 성분의 원 편광을 분리할 수 있다. 현재 사용되는 LCD에서 빛의 편광특성(선 편광)이 이용되는 점을 착안한다면, 이러한 CLC를 이용하면 일반적인 안료 또는 염료를 이용한 컬러필터에 비해 광의 활용도를 대폭 개선하여 소비전력을 효과적으로 낮출 수 있다.

이하, 상술한 액정표시장치용 컬러필터로 이용되는 CLC 컬러필터에 대하여 상세히 설명한다.

도 1a 내지 1d는 일반적인 CLC 컬러필터의 제조방법을 단계별로 도시한 단면도이다.

도 1a는 투명 기판(1) 상에 배향막(10)을 코팅(coating)하는 단계이다.

상기 배향막 물질로는 폴리이미드(Polyimide) 수지가 주로 이용되는데, 이 폴리이미드 수지는 액정 물질에 양호한 배향 효과를 나타내고 액정물질과의 적합성이 뛰어난 장점을 가지고 있다.

이 단계에서는, 상기 도포된 배향막을 열경화하는 단계를 포함한다.

도 1b는 상기 도 1a 단계를 거쳐 이 배향막(10)의 표면을 러빙처리하는 단계이다.

이 러빙처리는 이 배향막(10) 표면에 미도시한 액정의 배향을 유도하기 위해 배향처리를 하는 방법으로써, 상기 경화처리된 배향막(10)의 표면을 러빙포(12)로 문질러서 이 배향막(10) 표면에 일정한 방향의 홈이 만들어지도록 하는 공정이다.

즉, 상기 도 1a 내지 1b와 같은 배향막 코팅 및 러빙처리 공정은 액정의 균일한 배향을 형성하여, 균일한 디스플레이 특성을 갖도록 하기 위해서 필요한 단계로서, 이 단계에서는 넓은 면적에 일정하고 균일하게 배향막을 형성하는 것이 가장 중요하다.

도 1c는 러빙처리된 배향막(10) 상에 CLC(14)를 도포하는 단계이고, 도 1d는 도포된 CLC(14)의 노광(露光)공정을 통해 이 CLC(14) 나선 반복주기인 피치(pitch)를 조절하는 공정(이하, 컬러링(coloring)이라 칭함)을 통해 CLC 컬러필터(16)를 형성하는 단계이다.

이 CLC는 써모크롬(ThermoChromic) CLC, 모노크롬(MonoChromic) CLC, 포토크롬(PhotoChromic) CLC로 나눌 수 있고, 이 CLC 물질의 종류에 따라 각각 컬러링하는 방법을 달리한다.

먼저, 이 써모크롬 CLC는 온도변화에 따라서 색이 변하는 물질이므로, 열을 가해서 온도를 변화시켜 원하는 색에 도달했을 때 자외선 경화(UltraViolet ray curing)과정을 거쳐 CLC 컬러필터로 형성할 수 있다.

이때, 이러한 CLC의 색이란, 원하는 색에 해당하는 파장대로 피치를 조절하여 빛을 통과시켰을 때 나타나는 색상을 의미한다.

이 써모크롬은 기판에 도포한 후, 온도를 변화시키면서 원하는 부분만 자외 선 경화가 가능하기 때문에, 패턴 형성이 쉬운 장점이 있지만, 열을 가할 수 있는 노광장비의 구비가 어려운 단점이 있다.

그리고, 상기 모노크롬 CLC는 하나의 색만을 나타내는 특성이 있어, 온도를 변화시킬 필요가 없어서 장비 구비는 가능하지만, 사진식각(photolithography)공정을 통해서 패터닝(patterning)이 필요하므로, 공정이 추가되는 단점이 있다.

반면, 상기 포토크롬 CLC는 특정 파장의 자외선의 노광량에 따라 색이 변하는 물질이므로, 원하는 부분에 노광량만 조절하여 패터닝하면 되므로 별도의 사진식각 공정도 생략할 수 있다.

한편, 기존의 CLC 컬러필터의 제조시에는, CLC 컬러링 공정외에 별도의 공정으로 배향막의 러빙처리 공정이 포함되어, 제조공정이 복잡하고 공정수가 많아 수율이 떨어지는 단점이 있다.

또한, 상기 배향막의 러빙처리 과정 중 마찰로 인한 전기적, 기계적인 본질적인 결함이 발생하여 위상왜곡(random phase distortion)과 광산란(light scattering) 등을 유발시킬 문제점이 있다.

상기 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 상술한 포토크롬 CLC와 같은 특성을 갖는 CLC와 감광성 배향제를 이용하여, 별도의 배향처리 과정없이 자외선 조사를 통해 CLC 컬러링 및 액정배향처리를 동시에 하므로써, 공정수를 줄여 수율이 향상된 CLC 컬러필터를 제공하는데 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는, 투명 기판을 준비하는 단계와; 상기 투명 기판 상에, 감광성(感光性) 배향제로 이루어진 배향막을 형성하는 단계와; 상기 배향막 상에, 나선구조를 가지며 감광성을 띠는 CLC(Cholesteric Liquid Crystal)를 도포하는 단계와; 상기 CLC가 형성된 상기 기판의 표면에 자외선을 조사하여, 상기 나선구조의 반복주기인 피치(pitch)를 조절하기 위한 상기 CLC의 컬러링과 상기 배향막의 배향처리를 실시하는 단계;를 포함하는 CLC 컬러필터의 제조방법을 제공한다.

이때, 상기 CLC는 포토크롬 CLC인 CLC임을 특징으로 한다.
상기 자외선의 조사에 의해, 상기 CLC의 컬러링과 상기 배향막의 배향처리를 실시하는 단계에서, 상기 배향막의 배향처리에 필요한 에너지는 상기 CLC의 컬러링보다 작으므로, 상기 배향막의 배향처리 후에 상기 CLC의 컬러링을 수행하는 것을 특징으로 한다.

이하, 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 도면을 참조하여 설명한다.

도 2a 내지 2c는 본 발명에 따른 CLC 컬러필터의 제조방법을 단계별로 도시한 단면도이다.

도 2a는 투명 기판(100) 상에 배향막(102)을 형성하는 단계이다.

이 단계는 투명 기판(100) 상에 감광성 배향제를 코팅한 후, 경화처리하여 배향막을 형성하는 단계이며, 별도의 러빙처리와 같은 배향공정은 생략함을 특징으로 한다.

이때, 이 감광성 배향제는 빛에 감응하여 화학적 변화를 일으키는 배향성 물질을 의미하며, 좀 더 상세하게는 빛의 조사에 의해 분해(decomposition), 이합체화 반응(dimerization), 이성질체화 반응(isomerization) 중 하나의 반응이 이루어지는 PVCN(polyvinyl cinnamate)계 물질 또는 PSCN(polysiloxane cinnamate)계 물질, CelCN(Cellulose cinnamate)계 물질 등과 같은 고분자 물질을 사용할 수 있다.

도 2b는 상기 배향막(102)이 형성된 기판(100) 상에 CLC(104)를 도포하는 단계이다.

이 단계는, 배향공정을 생략한 상기 배향막(102) 상에 CLC(104)를 도포하는 단계로서, 이 CLC(104)는 상술한 포토크롬 CLC와 같이 자외선 노광량에 따라 피치를 자유롭게 조절할 수 있는 CLC로 이루어짐을 특징으로 한다.

도 2c는 상기 기판(100)의 CLC(104) 상에 빛을 조사하는 노광공정을 통해 CLC 컬러필터(200)를 형성하는 단계이다.

이때, 이 노광공정은 이 CLC(104)의 컬러링과 액정 배향처리를 동시에 할 수 있는 자외선의 조사에 의한 노광공정임을 특징으로 한다.

즉, 이 자외선 노광공정을 통해 이 CLC(104)을 컬러링하는 단계에서, 이 CLC(104) 하부에 연접해 있는 상기 감광성을 띠는 배향막(102)이 같이 반응을 하여 액정의 배향을 이룰수 있게 된다.

이때, 이 배향막(102)의 배향처리에 필요한 에너지는 상기 CLC(104)의 컬러링에 필요한 에너지보다 작기 때문에, 이 배향막(102)의 배향처리 후에 CLC(104)의 컬러링이 이루어지게 된다.

기타, 상기한 자외선 광은 부분편광, 선편광 등 자외선 배향 및 CLC 컬러링에 부합한 광이면 어느 것이어도 무방하다.

이와 같이, 본 발명에서는 별도의 배향막의 러빙처리공정없이, 자외선 조사 를 통해 CLC의 컬러링공정 중에 배향막의 배향처리까지 같이 할 수 있으므로, 기존의 러빙처리 과정 중 마찰로 인해 발생됐던 문제점을 해결할 수 있고, 공정수를 줄일 수 있어 수율 향상 및 원가절감 효과를 얻을 수 있다.

Claims (3)

1. 투명 기판을 준비하는 단계와;

   상기 투명 기판 상에, 감광성(感光性) 배향제로 이루어진 배향막을 형성하는 단계와;

   상기 배향막 상에, 나선구조를 가지며 감광성을 띠는 CLC(Cholesteric Liquid Crystal)를 도포하는 단계와;

   상기 CLC가 형성된 상기 기판의 표면에 자외선을 조사하여, 상기 나선구조의 반복주기인 피치(pitch)를 조절하기 위한 상기 CLC의 컬러링과 상기 배향막의 배향처리를 실시하는 단계;

   를 포함하는 CLC 컬러필터의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 CLC는 포토크롬(PhotoChromic) CLC인 CLC 컬러필터의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 자외선의 조사에 의해, 상기 CLC의 컬러링과 상기 배향막의 배향처리를 실시하는 단계에서, 상기 배향막의 배향처리에 필요한 에너지는 상기 CLC의 컬러링보다 작으므로, 상기 배향막의 배향처리 후에 상기 CLC의 컬러링을 수행하는 CLC 컬러필터의 제조방법.

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