KR101012801B1 - 액정 표시 장치 - Google Patents

Abstract

다음과 같은 액정 표시 장치가 개시되어 있다. 서로 마주하며 소정 거리 떨어져 있는 두 장의 기판을 포함하고, 두 기판 중의 적어도 하나는 투명하며, 두 기판 사이에 전기장을 형성하기 위한 전극들이 위치되어 있고, 하나 또는 그 이상의 광개시제 또는 촉진(PIE) 요소가 두 기판 사이에 배치되어 있으며, 하나 또는 그 이상의 중합체 요소가 PIE 요소의 근처에 배치되어 있다. 중합체 요소는 두 기판 사이에 위치하며 PIE 물질의 수행에 대한 응답으로 또는 PIE 요소 내에서 인시추로 중합화한다. 전기 광학 물질이 두 기판 사이 공간의 적어도 한 부분을 채우고 있다. 두 장 밖의 적어도 한 면에는 편광자가 부탁되어 있는데, 편광자와 기판 사이에는 중합체가 코팅되어 있는 간격재가 배치되어 편광자와 가판을 부착 및 지지하며, 편광자와 기판 사이의 둘레에는 봉인재가 형성되어 편광자와 기판 사이에 형성되어 있는 매질을 가두고 있다.

액정표시장치, 간격재, 중합체, 액정, 편광자, 가요성

Description

액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAYS}

도 1은 현상광에 노광하기 이전에 광개시제로 코팅된 구형 간격재를 사용하는 액정 표시 장치의 단면도이다.

도 2는 현상광에 노광한 이후에 광개시제로 코팅된 구형 간격재를 사용하는 액정 표시 장치의 단면도이다.

도 3은 현상광에 노광하고 중합된 이후에 가속제로 코팅된 구형 간격재를 사용하는 액정 표시 장치의 단면도이다.

도 4는 그물망 모양의 간격 유지막을 사용하는 액정 표시 장치의 단면도이다.

도 5는 현상광에 노광하기 이전에 광개시제와 비조직적 중합 개시 또는 향상 요소들로 코팅된 구형 간격재를 사용하는 액정 표시 장치의 단면도이다.

도 6은 현상광에 노광한 이후에 광개시제와 비조직적 중합 개시 또는 향상 요소들로 코팅된 구형 간격재를 사용하는 액정 표시 장치의 단면도이다.

도 7은 중합체로 코팅된 구형 간격재를 사용하여 편광자를 부착한 액정 표시 장치의 구조를 구체적으로 도시한 단면도이고,

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 힘이 가해진 상태에서 중합체로 코팅된 구형 간격재의 변형을 도시한 단면도이다.

본 발명은 액정 표시 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구부러짐이 가능한 가요성(flexible) 액정 표시 장치에 관한 것이다.

상업적으로 볼 때, 전자 표시 소자는 떨어뜨림이나 충격 등에 의한 힘에 대하여 높은 강건성과 손상되지 않는 특성을 유지하면서 가능한 한 얇고 가벼울 것이 요구되고 있다. 특히, 휴대폰이나 PDA(personal digital assistants) 등의 휴대용 전자 기기의 분야에서 제품의 크기와 무게는 제품의 상업적 성공 여부에 매우 중요한 요소이이며, 최근에는 구부러질 수 있는 전자 표시 장치에 대한 필요성이 요구되고 있다. 예를 들어 섬유 종이를 대체하기 위한 전자 종이를 개발함에 있어서 섬유 종이와 같이 접히고 말릴 수 있다면 훨씬 더 경쟁력 있는 상품이 될 것이며, 컴퓨터나 다목적 시계 등의 착용할 수 있는 전자 기기의 경우에도 표시 장치가 가요성을 가진다면 훨씬 더 편안할 것이며 칩카드(chip cards) 또한 구부릴 수 있는 표시 장치와 결합되어서도 경쟁력 있는 상품이 될 것이다.

구부러질 수 있는 전광 표시 장치를 제조하기 위해서는 유리 기판을 플라스틱 필름으로 대체하는 것이 필수적이며, 전기 이동(electro-phoretic) 표시 장치, 콜레스테릭(cholesteric) 표시 장치, 제록스(Xerox)에 의하여 개발된 지리콘(Gyricon) 표시 장치 등에서 이미 적용되고 있는 실정이다.

한편, 액정 표시 장치는 현재까지 노트 북 컴퓨터(note book computer)의 표 시 장치로서 주로 사용되어 왔으나, 경량, 박형, 저소비전력 등의 장점을 가지기 때문에 기술의 발전에 따라 데스크 탑(desk top)형 개인용 컴퓨터 및 산업용 기기 등의 표시 장치로서 그 응용도가 점차 확대되고 있다.

이러한 액정 표시 장치에서도 액정을 플라스틱 기판과 양립할 수 있도록 하기 위하여 액정을 중합체 매트릭스 내에 혼입하는 시도가 이루어지고 있다. 그 한 예가 중합체 분산 표시 장치(PDLCDs)이다. PDLCD는 액정 표시 장치를 조립하기 전에 액정과 중합 전구체(pre-polymer)를 하나의 용매에 혼입하여 넣음으로써 제조한다. 액정 표시 장치를 조립한 이후에 중합 전구체는 자외선 등에 의하여 경화된다. 중합이 일어나는 동안 액정은 중합체로부터 분리되어 미세 방울들을 이루게 된다. 액정 방울들은 어떤 배향층과도 접촉하지 않기 때문에 액정의 방향성은 무작위이고 따라서 빛은 액정 방울들에 의하여 산란된다. PDLCD의 전극들에 전압을 인가하면 액정 분자들이 배열하고 표시 장치는 투명하게 된다.

하지만, 다른 구부릴 수 있는 표시 장치와 마찬가지로 PDLCD도 높은 구동 전압을 필요로 하여 현존하는 구동 전자 소자와 양립하지 못한다. 미국 특허 4,688,900, 5,321,533, 5,327,271, 5,434,685, 5,504,600, 5,530,566, 5,583,672, 5,949,508, 5,333,074 및 5,473,450에는 액정을 포함하는 중합체 혼합물을 빛을 이용하여 경화하는 중합 과정(photo-polymerization)에서 나타나는 상 분리를 이용한 기술이 기재되어 있다.

또한, 가요성 표시 장치를 개발하기 위해 플라스틱 기판을 활용하는 데는 몇 가지 문제점이 있으며, 그 중 한가지로는 기판을 적층함에 따라 본래의 가요성을 잃는 것이다. 즉, 여러 개의 기판을 붙이면 붙일수록 유연성이 떨어지는데, 두 기판 사이에 액정 물질을 형성하는 공정까지는 본래의 가요성을 거의 그대로 유지하지만, 마지막 단계에서 기판의 바깥 면에 편광판을 부착하는 단계를 거치게 되면 급격하게 가요성이 떨어지게 된다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 우수한 가요성 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.

본 발명이 이루고자 하는 다른 기술적 과제는 편광판을 부착하더라도 충분한 가요성을 확보할 수 있는 가요성 액정 표시 장치를 제공하는 것이다.

이러한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에는 편광자와 가판 사이에 중찹체가 코팅되어 있는 기판 간격재가 배치되어 있어, 기판과 편광자를 지지하면서 접착한다.

더욱 상세하게, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는, 적어도 하나가 투명하고 서로 소정 간격을 두고 마주보고 있는 두 기판, 두 기판 사이의 공간에 전기장을 형성하기 위하여 배치된 전극들, 두 기판 사이에 위치하며 두 기판 사이의 간격을 일정하게 지지하는 제1 간격재, 제1 간격재에 코팅되어 있으며 두 기판에 접착되어 있는 제1 중합체, 두 기판 사이에 형성되어 있는 액정, 서로 마주하는 두 기판 밖의 적어도 한 면에 위치하는 편광자, 기판과 편광자 사이의 간격을 일정하게 지지하는 제2 간격재, 제2 간격재에 코팅되어 있으며, 기판과 편광자에 접착 되어 있는 제2 중합체, 기판과 편광자 사이에 채워진 매질, 기판과 편광자를 부착하며 매질을 가두는 봉인재를 포함한다.

제1 또는 제2 간격재는 다수의 구형 또는 원통형일 수 있으며, 제1 또는 제2 간격재는 탄성을 가지는 것이 바람직하다. 제1 또는 제2 간격재는 플라스틱을 포함할 수 있으며, 제1 또는 제2 간격재는 나노다공성(nanoporous), 중간다공성(mesoporous) 또는 마이크로다공성(microporous) 등의 고표면적 입자를 포함하는 것이 바람직하다.

첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.

이제 본 발명의 실시예에 따른 가요성 액정 표시 장치에 대하여 도면을 참고로 하여 상세하게 설명한다.

도 1에서 보는 바와 같이, 본 발명의 한 실시예에 따르면 액정 표시 장치는 다음의 과정을 거쳐 조립된다.

1. 기판은 최종 산물의 광 특성을 향상하기 위하여 유연하고 낮은 수준의 굴절율 이방성을 가지는 중합 물질로 이루어져 있고, 다양한 건조 및 굽기(baking) 공정에 적합하도록 150℃ 이상의 유리 천이 온도를 가진다. 이러한 요구를 충족하는 중합체로는 에테르 술폰 중합체(poly ether sulphone: PES)가 있다. 표시 장치의 수명과 신뢰성을 향상하기 위하여 기판 표면에 증기 장벽이 코팅되어 있다. 증기 장벽은 전형적으로 산화 규소와 다른 중합체의 얇은 막을 적층(laminate)한 구조로 이루어져 있다.

2. 기판은 진공 증착된 투명 도전 물질로서 전형적인 ITO(indium tin oxide)도전막으로 코팅되어 있다. ITO는 화학 물질, 전자 빔 또는 레이저 식각을 통하여 패터닝된다.

3. 노랜드(Norland)사의 제품인 NOA-65 등의 광개시되는 중합 전구체 약 10%와 머크(Merck)사의 "E7" 액정 90%를 혼합한 물질을 준비한다. 중합 전구체 물질은 광개시제가 모두 제거된 상태가 되도록 조절되어 있다.

4. 폴리이미드(polyimide) 용액을 적어도 한쪽 기판의 ITO 도전막 측에 코팅하고 150℃의 온도로 한 시간동안 굽는다. 폴리이미드 표면을 러빙(rubbing)하여 액정을 배향하기 위한 폴리이미드 배향층을 형성한다.

5. 지름 3-3.5㎛의 유리 간격재를 1.25% 불산(hydrofluoric acid) 용액으로 초음파 진동 탱크 내에서 10분간 표면 식각한다. 세정 후, 식각된 간격재를 개시제와 실레인 등의 접착 촉진제가 포함되어 있는 용액에 담가 그 표면에 메트아크릴 레이트 실레인(methacrylate silane)과 광개시제를 코팅하고, 간격재를 기판 상부에 산포한다. 실레인은 실레인/유리 계면에서의 화학적 결합과 실레인/중합체 계면에서 중합체가 실레인 내부로 산포하는 것에 의하여 유리와 중합체 사이의 결합을 향상시킨다.

6. 많은 수의 간격재를 기판 표면 위에 산포한다(적어도 30개/㎟의 밀도). 간격재는 기판 표면 전체에 무작위적으로 산포되는 것이 일반적이다.

7. 액정/중합체 혼합물을 양쪽 기판의 안쪽 표면 위에 충분한 양으로 도포하고, 상하 기판의 ITO 패턴을 적정하게 정렬한 상태에서 두 기판을 적층한다.

8. 셀의 양측을 자외선 광에 노광하여 광개시제의 분리를 초래하고 간격재 주변에 자유 라디칼(radical)을 풀어놓는다. 그러면 중합 반응이 개시제와 함께 산포된 각 간격재를 중심으로 하여 개시되어 나간다.

9. 중합의 비율은 자외선의 강도를 조절함으로서 시작 단계에서 설정되고, 액정과 중합 전구체의 확산율은 반응 온도를 조절함으로써 변경된다. 두 액체의 적절한 혼화도(degree of miscibilly)를 얻을 수 있도록 액정과 중합 전구체를 선택하는 것과 더불어 중합 전구체의 점도를 통하여 확산율을 조절할 수 있다. 확산율과 반응율을 조절함으로써 액정/중합체 구조의 요구되는 조직(morphology)을 형성할 수 있다. 완전한 상 분리를 위하여 온도는 45℃를 초과하여야 하고 중합 전구체의 점도는 1000cps 미만이어야 한다.

도 2에서 보는 바와 같은 결과물인 가요성 액정 표시 장치는 매우 유연하다. 적어도 여기에 참고 자료로 첨부된 미국 특허 6,019,284에 기술되어 있는 가요성 시험에서 특정되어 있는 정도로는 영속적인 손상을 입지 않고 구부러질 수 있다.

중합체가 모든 간격재 주변에 형성되거나, 모든 경우에 있어서 중합체가 한 기판에서 다른 기판까지 완전히 연장될 필요는 없다. 일부 간격재는, 예를 들어, PIE 물질로 코팅되어 있지 않을 수도 있고, 또는 불완전하게 코팅되어 있을 수도 있다.

한쪽 기판에서 다른 쪽 기판까지 완전히 연장되어 있지 않은 중합체 지지체도 액정의 고립 영역을 형성하는데 일조하여, 액정층이 기판을 따라 불연속적인 방울로 분리되면 쌍안정 특성이 향상되는 소정의 강유전성 액정 물질의 쌍안정 특성을 향상시키는 것을 가능하게 한다.

다른 실시예로서 중합 개시제가 빛에 의하여 활성화되는 것이 아니라 가속 래커(lacquer) 형일 수 있다. 가속 래커 형 개시제를 사용하는 경우, 간격재 코팅은 앞서서 기술된 방법으로 이루어진다. 그러나 중합은 액정/중합체 혼합물이 개시제가 코팅된 간격재와 접촉하고 나서 일정 시간이 지나면 자동으로 시작된다. 적층은 경화가 시작되기 전의 시간을 길게 하기 위하여 상온에서 이루어진다. 적층이 완료된 후에는 액정과 중합 전구체의 확산성을 증가시키기 위하여 온도를 올린다. 더하여, 적정한 자유 라디칼 발생율(free radical generation rate)을 제공하기 위하여 중합 전구체 물질 내의 방향성 아민과 래커 내의 과산화물이 선택된다. 적정한 자유 라디칼 발생율은 중합 전구체와 액정의 확산율과 표시 장치 영역 내의 스페이싱들(spacings)과 결합하여 중합체가 간격재를 둘러싸는 영역에 지역화하는 결과를 가져온다.

다른 실시예에서는, 중합 전구체 물질은 광개시제 화합물을 보유하고 있고, 간격재는 실레인과 같은 접촉 촉진제가 가속제 또는 추가적인 광개시제와 함께 코팅되어 있다. 가속제 내에서 활성화되는 대표적인 물질로는 디메틸 아미노 벤젠(dimethyl amino benzene)과 같은 제3급의 아민이 있다. 이 경우에 있어서 경화는 가속제와 빛 양자에 의하여 개시될 것이다. 간격재 주변의 중합체 대부분이 지역화할 만큼 충분한 시간동안 가속제 반응이 이루어지는 것이 허용된다. 그런 후 광원이 한쪽 측면에서만 켜지고, 도 3에 나타낸 바와 같이 광원에 가장 가까운 기판을 따라 남아있는 중합체의 고착을 초래한다. 이 특정한 실시예는 액정의 쌍안정 능력에 의하여 좀더 엄밀히 구분될 수 있다. 여기서 쌍안정 능력이라 함은 전기장이 인가되지 않은 상태에서 둘 또는 그 이상의 전기 광학적 상태를 유지할 수 있는 능력을 말한다. 쌍안정성 또는 다중 안정성 액정의 일부 예는 강유전성 또는 반강유전성 액정이다. 좀더 엄밀하게는, 중합이 일어나는 동안 액정 방울이 중합체 내에 산재하는 구조를 광원과 가까운 쪽 배향층 표면 위에 형성하기 위하여 반응률이 변경되고, 도 4에 나타낸 바와 같이, 얇은 액정층이 광원 반대편 배향층 표면에 형성된다. 양 표면은 양 표면에서 액정 분자들의 배향을 낳기 위한 형태로 배향된다. 방울에 가두어진 액정은 쌍안정성을 유지하는 보다 영속적인 구조로 알려져 있다.

다른 실시예에 따르면, 다음의 과정을 통하여 도 4에서 보는 바와 같은 가요성 액정 표시 장치가 조립된다.

1. 기판은 최종 산물의 광 특성을 향상하기 위하여 유연하고 낮은 수준의 굴 절율 이방성을 가지는 중합 물질로 이루어져 있고, 다양한 건조 및 굽기(baking) 공정에 적합하도록 150℃ 이상의 유리 천이 온도를 가진다. 이러한 요구를 충족하는 중합체로는 에테르 술폰 중합체(poly ether sulphone: PES)가 있다. 표시 장치의 수명과 신뢰성을 향상하기 위하여 기판 표면에 증기 장벽이 코팅되어 있다. 증기 장벽은 전형적으로 산화규소와 다른 중합체의 얇은 막을 적층(laminate)한 구조로 이루어져 있다.

2. 기판은 진공 증착된 투명 도전 물질로서 전형적인 ITO(indium tin oxide)도전체로 코팅되어 있다. ITO 도전체는 화학 물질, 전자 빔 또는 레이저 식각을 통하여 패터닝된다.

3. 노랜드(Norland)사의 제품인 "NOA-65" 등의 광개시되는 중합 전구체 약 10%와 머크(Merck)사의 "E7" 액정 90%를 혼합한 물질을 준비한다. 중합 전구체 물질은 광개시제가 모두 제거된 상태가 되도록 조절되어 있다.

4. 폴리이미드(polyimide) 용액을 적어도 한쪽 기판의 ITO 측에 코팅하고 150℃의 온도로 한 시간동안 굽는다. 폴리이미드 표면을 러빙(rubbing)하여 액정 분자를 배향하기 위한 폴리이미트 배향층을 형성한다.

5. 지름 3-3.5㎛의 유리 간격재를 1.25% 불산(hydrofluoric acid) 용액으로 초음파 진동 탱크 내에서 10분간 표면 식각한다. 세정 후, 식각된 간격재를 개시제와 실레인 등의 접착 촉진제가 포함되어 있는 용액에 담가 그 표면에 메트아크릴레이트 실레인(methacrylate silane)과 광개시제를 코팅하고, 간격재를 기판 위의 수직 건조열 상부에 산포한다. 실레인은 실레인/유리 계면에서의 화학적 결합과 실레인/중합체 계면에서 중합체가 실레인 내부로 산포하는 것에 의하여 유리와 중합체 사이의 결합을 향상시킨다.

6. 많은 수의 간격재를 기판 표면 위에 산포한다(적어도 30개/㎟의 밀도). 간격재는 기판 표면 전체에 무작위적으로 산포되는 것이 일반적이다.

7. 간격재 크기의 약 25%의 PIE 성분이 간격재의 단면 밀도(cross-sectional density)보다 약 2배정도 큰 단면 밀도로 액정/중합 전구체 혼합물에 더해진다.

8. 액정/중합체 혼합물을 양쪽 기판의 안쪽 표면 위에 충분한 양으로 도포하고, 상하 기판의 ITO 패턴을 적정하게 정렬한 상태에서 두 기판을 적층한다.

9. 셀의 양측을 자외선 광에 노광하여 광개시제의 분리를 초래하고 간격재 주변에 자유 라디칼(radical)을 풀어놓는다. 그러면 중합 반응이 개시제와 함께 산포된 각 간격재 또는 PIE 요소를 중심으로 하여 개시되어 나간다.

10. 중합의 비율은 자외선의 강도를 조절함으로서 시작 단계에서 설정되고, 액정과 중합 전구체의 확산율은 반응 온도를 조절함으로써 변경된다. 두 액체의 적절한 혼화도(degree of miscibilly)를 얻을 수 있도록 액정과 중합 전구체를 선택하는 것과 더불어 중합 전구체의 점도를 통하여 확산율을 조절할 수 있다. 확산율과 반응율을 조절함으로써 액정/중합체 구조의 요구되는 조직(morphology)을 형성할 수 있다. 완전한 상 분리를 위하여 온도는 45℃를 초과하여야 하고 중합 전구체의 점도는 1000cps 미만이어야 한다.

비조직 PIE(non-structural PIE, NSPIE) 성분이 간격재 크기의 50%보다 클 경우, 이들 성분은 대략 2차원의 임의적인 격자망 상에서 분산된다.

중합화할 때, 중합체는 충분한 중합에 의해 기판 쪽으로 연장하는 거의 구형 형상으로 PIE에서 성장하고, 기판들 사이에 국부적으로 중합체가 부착되도록 한다.

간격재 크기의 50% 미만인 간격재 비조직 PIE(NSPIE) 성분에 대하여, NSPIE 성분이 액정 표시 장치 조립 이전에 액정/중합 전구체 혼합물에 혼합되면, NSPIE 격자망은 3차원이 될 것이다. 간격재 크기의 대략 25%와 간격재 직경의 대략 50%의 격자망 스페이싱, 소위(open-called) 중합체 타원체(polymer spheroid)의 적분망(integral network)은 중합체 영역 사이를 액정이 채움으로써 형성된다. 이러한 특별한 구조는 향상된 내구성뿐만 아니라 쌍안정성을 위하여 필요한 광 히스테리시스를 증가시키는 기계적인 불연속성의 고밀도를 제공함으로써 쌍안정 표시장치(bistable display)에 유용하다(도 6 참조). 이러한 격자망 구조에서는 소수의 NSPIE 요소가 양쪽 기판 모두에까지 연장되고, 일부 요소는 어느 한쪽 기판과 접촉하며, 다른 일부는 어느 기판과도 접촉하지 않을 수 있다.

다른 실시예로서 중합 개시제가 빛에 의하여 활성화되는 것이 아니라 가속 래커(lacquer) 형일 수 있다. 가속 래커 형 개시제를 사용하는 경우, NSPIE 코팅은 앞서서 기술된 방법으로 이루어진다. 그러나 중합은 액정/중합체 혼합물이 개시제가 코팅된 간격재 또는 NSPIE와 접촉하고 나서 일정 시간이 지나면 자동으로 시작된다. 적층은 경화가 시작되기 전의 시간을 길게 하기 위하여 상온에서 이루어진다. 적층이 완료된 후에는 액정과 중합 전구체의 확산성을 증가시키기 위하여 온도를 올린다. 더하여, 적정한 자유 라디칼 발생율(free radical generation rate)을 제공하기 위하여 중합 전구체 물질 내의 방향성 아민과 래커 내의 과산화물이 선택된다. 적정한 자유 라디칼 발생율은 중합 전구체와 액정의 확산율과 표시 장치 영역 내의 스페이싱들(spacings)과 결합하여 중합체가 간격재 또는 NSPIE를 둘러싸는 영역에 지역화하는 결과를 가져온다.

NSPIE 성분은 표시 장치에서 통상적으로 이용되는 유리나 플라스틱 구체(sphere)나 로드(rod)일 수 있지만, 이 특정의 표시 장치에서는 간격재 성분보다 작은 크기를 갖는다. NSPIE 성분은 많아야 하나의 기판과 접촉하기 때문에, NSPIE 성분은 압착되는 동안 기판에 의하여 과도한 압력을 받지 않는다. 결과적으로, NSPIE 성분은 압착되는 동안 기판의 손상을 초래하지 않는 평탄하지 않은 형상(non-smooth shape)일 수 있다. 또한, NSPIE 성분이 기판이 간격을 정하는데 사용되지 않기 때문에, 이들 성분은 여러 다양한 형상과 크기를 가지더라도 여전히 이들 성분에 대한 기능을 안정하게 수행할 수 있다. 이러한 요인은 표준 간격재 성분용으로 이용할 수 있는 것보다 매우 다양한 물질을 NSPIE 성분용으로 이용할 수 있도록 한다. 예를 들면, 전체 표면 영역뿐만 아니라 구멍의 크기도 특정되어 제조될 수 있는 나노 다공성(nanporous) 물질이라 불리는 새로운 분류(class) 또는 재료가 이용될 수 있게 되었다 . 이들 재료는 통상적으로 세라믹이나 실리카 복합물이고, 소결 동작(sintering), 에어로솔 방법(aerosol method)에 의해, 또는 이미 존재하는 미네랄이나 유리에 대한 화학적 처리 방법에 의해 형성된다. 그러나 이러한 경우 거의 모두에서, 최종 미립자는 불충분하게 제어된 크기 및/또는 형상을 가지며, 종종 거칠고 때때로 날카로운 표면 형상을 갖는다. 거의 모든 경우에 있 어서, 결과물 입자는 제어가 제대로 되지 못한 크기 및/또는 모양을 가지며, 종종 거칠고 때로는 날카로운 표면을 가지게 되어 표시 장치의 간격재로는 사용될 수 없다. 그러나 NSPIE 요소로서 이들의 다공성은 광개시제, 가속제 또는 다른 중합 촉진제의 미리 정해진 체적 저장체 역할을 제공할 수 있도록 제어될 수 있다. 예들 들어, 가속제나 광개시제와 함께 작용할 때, 이 요소는 표시 장치 내에서 전체 중합 전구체의 0.1 내지 5%의 농도로 존재하여야 한다. 이러한 농도는 NSPIE의 크기, 개수 및 다공성을 조절함으로써 얻어질 수 있다.F

또한 NSPIE 성분은 조립되기 전에 기판 상에 바로 적층될 수 있다. 이것은 액정/중합 전구체 혼합물에 혼합된 NSPIE 성분과 함께 행해지고, 기판에 대한 중합체의 강한 본딩을 제공한다.

다른 분광 감도(spectral sensitivity)를 갖는 두 개 이상의 광개시제가 중합이 특정 위치에서 시작할 경우 제어를 위해 이용될 수 있다.

광원의 광자 에너지(photon energy)가 소정 임계값을 초과할 때 광개시제의 절단(scission)이 발생하기 때문에, 광개시제는 통상적으로 특정 값 미만의 파장을 갖는 빛에 반응하고, 그래서 가시 광선에 반응하는(sensitive) 광개시제는 일반적으로 자외선에도 반응한다. 이러한 특징을 이용하는 한 실시예는 가시 광선에 반응하는 광개시제로 간격재를 코팅하고, 자외선에 반응하는 광개시제로 NSPIE 성분을 코팅한다. 조립체는 가시 광선에 먼저 노출되고, 간격재 주위의 중합체만 경화된다. 그런 다음, 조립체는 자외선에 노출되어, 액정과 함께 용액에 여전히 존재하는 모든 부가적인 중합 전구체를 경화시킨다.

다른 실시예에서, 부착 촉진제와 같은 다른 중합 강화 성분, 또는 인열되기 전 신장되는 특성(elongation before tear properties)을 향상시키는 우레탄과 같은 첨가제가 NSPIE성분의 모든 군(subset) 또는 일부 군에 첨가된다. 기판 상에 적층된 NSPIE 성분은 인열되기 전 신장되는 특성을 향상시키고 물질의 경도계(durometer)를 감소시키는(그래서 압착을 좀더 용이하게 만든다) 첨가제를 가질 수 있지만, 반면에, 액정/중합체 혼합물에 혼합된 NSPIE 성분은 이러한 첨가제를 가질 수 없어 높은 경도계를 갖는다. 그래서 벗겨짐 강도(peel strength)는 좀더 향상될 수 있다.

한가지 가능한 중합체는 재료의 제조 광 등급 버전(manufactured optical grade version)의 선택에 대한 넓은 유용성뿐만 아니라 뛰어난 광 투명도(optical clarity)를 갖는 아크릴 점착제(acrylic adhesive)이다. 일반적으로 아크릴의 광 특성과 동일한 광 특성을 갖고 있는 것은 아니지만 역시 이용될 수 있는 다른 중합체의 예로는 에폭시(epoxy)나 우레탄이 있다. 아크릴 점착제는 자유 라디칼 개시에 의해 경화하는 교차 결합 구조의 반응성 점착제이다(reactive across-linking structural adhesive). 아크릴 점착제는 자유 라디칼(radical) 개시에 의하여 경화하는 반응성 교차연결 구조의 점착제이다. 아크릴 점착제는 메트아크릴레이트 모노머(methacrylate monomer)에 기초하고, 첨가 중합에 의해 경화한다. 자유 리디칼의 물질은 갑작스럽고 빠른 연쇄 반응과 첨가제의 경화 동작을 시작한다. 한편, 우레탄과 에폭시에 의해 전형화된(typified) 축합 중합(condensation polymerization)은 일반적으로 거의 일정한 낮은 반응 속도로 진행한다.

아크릴 점착제는 메트아크릴레이트 모노머(methacrylate monomer)에 기초하고, 첨가 중합에 의해 경화한다. 자유 리디칼의 물질은 갑작스럽고 빠른 연쇄 반응과 첨가제의 경화 동작을 시작한다. 한편, 우레탄과 에폭시에 의해 전형화된 (typified) 축합 중합(condensation polymerization)은 일반적으로 거의 일정한 낮은 반응 속도로 진행한다. 사슬 반응의 특성 때문에, 자유 라디칼은 모노머에서 모노머로 전파될 수 있고 경화 자체는 중합 개시 지점에서부터 2.5㎜까지 전파될 수 있다. 이러한 경화 전파 현상의 결과에 의해, 가속제 및 모노머는 완전한 경화를 달성하기 위해 완전히 혼합될 필요는 없다. 이것은 부분들의 축적과 준비 (priming)를 허용할 수 있도록 가속제는 래커나 표면의 얇은 막 형태일 수 있는 경화를 위한 몇몇의 다른 방법을 이끌어 낸다. (This leads to several other methods for curing, where the accelerator can be in the form of a lacquer or thin layer on one surface allowing for the priming and storing of parts.) 산업 현장에서 '허니문(honeymoon)'이나 '비혼합(non-mix)'과 같은 용어로 불리는 다른 관련된 경화 방법에서는, 서로 접촉할 때(어떠한 혼합의 필요성 없이) 물질을 모두 완전히 중합할 수 있을 정도로 충분한 자유 라디칼의 생성을 가져오는 두 부분 접착체(a two part adhesive)가 사용된다.

아크릴은 또한 400㎜ 미만의 파장을 갖는 자외선에 노출시켜 경화될 수 있고, 어떤 경우에는 가시 광선 범위의 빛에 의해서도 경화될 수 있다. 광 경화 점착제(photocurable adhesive)의 경우에, 자유 라디칼 소스는 광개시제라고 불리고, 빛에 노출될 때 자유 라디칼의 형성을 초래한다. 200 내지 300㎚ 영역의 빛과 광 개시제로서 반응하는 화합물은 벤조인 에테르(benzoine ether), 활성화된 벤조페논(activated benzophenones) 및 관련된 화합물이고; 벤질 디알킬 아미노 모포리릴 케톤(bensyl dialkyl amino morpholinyl ketone)은 가시광 파장에 활성화되는 광 개시제의 한 예이다. 광개시제는 분열로서 알려진 공정에서 빛에 의해 자유 라디칼을 형성하는 분절(segment)로 분리된다. 동일한 혼합 경화 시스템(equal mix curing system)의 한 예는 미합중국 특허 제4, 331,795호에 실시예로써 제시되어 있는 방법인 한 성분(component)으로 코발트염 가속제(cobalt salt accelerator)를 이용하고 다른 성분으로 과산화수소(hydroperoxide)를 이용하는 것이다. 반응성 희석액(reactive diluents) 및 고리상 단량체(cyclic monomer)를 결합하여 양이온 중합(cationic polymerization)을 통해 자외선 경화될 수 있는 에폭시가 또한 조제될 수 있다. 우레탄의 자외선에 의하여 시작되는 양이온 경화는 예를 들면, 알리드 시그널 인코포레이트디(Allied Signal Inc.)에 의해 제조된 것처럼 비닐 에터르(vinyl ether)와 폴리우레탄 올리고머(polyurethane oligomers) 상의 형성에 기초하여 실현될 수 있다.

10 다양한 다른 실시예가 가능하다. PIE 물질은 경화를 시작할 때 필수적이지만 액정/중합 전구체 혼합물에는 제외되어 있는 중합 전구체의 구성 성분(constituent component)을 공급한다. 이 필수적인 성분은 PIE 물질의 일부분이고 표시 영역 내에 존재하는 하나 이상의 바람직한 간격재 상에 적층되어, 개시와 경화가 원하는 위치에서만 이루어질 수 있도록 한다. 바로 전에 언급된 필수 구성 성분은 자외선이나 가시 광선에 노출될 때 절단을 통해 활성화되는 광개시제 일 수 있다. 광 중합율은 광원의 세기를 조정하여 제어될 수 있다. 상 분리 공정에서의 확산율은 반응이 발생하는 온도를 조정하여 제어될 수 있다. 광 중합율은 다층, 복합 중합체/액정 구조를 생성하기 위하여 중합 공정 과정 중에 변경될 수 있다. 상 분리의 속도는 액정과 종합 전구체의 절대적 및 상대적 점도를 조정하여 제어될 수 있다. 간격재는 장치를 조립하기 전에 가속제 래커나 광개시제에 의해 코팅될 수 있고 하나 이상의 기판 상에 건식 스프레이 적층될 수 있다. 간격재는 완전히 가속제나 광개시제로 이루어지거나, 이들 화합물 중 하나 또는 이들 모두 및 용매를 포함하는 용액을 적층 운반체(deposition vehicle)로써 이용하는 습식 스프레이 방법을 통해 적층될 수 있다. 이 때, 이들 화합물의 농도는 간격재 주위의 표시 영역 내의 중합 전구체를 완전히 중합하기에 적절한 물질량이 되도록 조정되는 된다. 간격재는 가속제나 광개시제의 용액 속에 혼합될 수 있다. 그런 다음, 이 용액은 기판의 거시 영역 상에 바로 피펫(pipette), 실크스크린이나 주사(syring)와 같은 방법을 통하여 액체 상태로 투여된다. 이 거시 영역은 외주부(outside perimeter)일 수 있고, 그래서 중합화 과정 중에 표시 장치의 가장자리 밀봉이 자동으로 이루어진다. 간격재 성분은 다공성 구조(porous structure)일 수 있고, 중합체와 간격재의 좀더 나은 상호 침투를 제공할 뿐만 아니라 바람직하게 한정된 영역에 가속제나 광개시제의 중량 퍼센트를 증가시키기 위하여 다공질 매트릭스 속으로 가속제나 광개시제가 흡수되도록 한다. 그래서 좀더 나은 점착력을 제공한다. 간격재 성분은 점착력 향상을 위해 표면 영역을 증가시키기 위하여 식각된 통상 비드나 로드 형태의 유리로 이루어질 수 있다. 실레인 결합제(silane coupling agent)와 같은 점착 촉진제(adhesion promoter)로 이루어진 하나 이상의 층이 가속제나 광개시제로 유리 간격재를 코팅하기 전에 식각되었거나 또는 식각되지 않은 유리 간격재 상에 코팅될 수 있다. 간격재 성분은 표시 장치의 표시 영역에서 적절한 것보다 높은 농도로 광개시제나 가속제에 혼합될 수 있다; 그런 다음 혼합물은 화소간 영역이나 영상이 표시되지 않은 주변부에 인쇄 방법이나 피펫 방법을 통해 기판 상에 적층되어 영상 콘트라스트나 화질에 악영향을 미치지 않고 부가적인 지지체를 제공한다. 개시제는 열 활성만으로 활성화될 수 있거나, 광활성 방법(photo-activated method) 또는 다른 활성 방법은 물론이고 열 활성 방법으로도 활성화될 수 있는 것일 수 있다. 중합체는 기판에 대한 초기 결합 이후 소성 동작시에 수축될 수 있는 것으로 선택된다; 그래서 두 개의 기판은 함께 당겨져, 표시 장치의 내구성을 향상시킨다; 이미 기술한 것처럼, 이것은 중합체가 간격재 성분 주위에 한정될 때 특히 효율적이다. 간격재는 기판 사이에 적층될 때 기판 사이의 스페이싱을 결정하는 성분인 신장성 있는 다공성 막으로 이루어진 하나 이상의 시트일 수 있다.

본 실시예 및 다른 실시예에서, 하나 이상의 기판은 유리나 다른 강성 유리일 수 있다.

다른 실시예에서는, 간격재의 크기보다 작은 두께를 갖는 하나 이상의 PIE 성분을 포함하여 비조직 PIE 성분이 하나 이상의 기판과 접촉되지 않도록 하여 직접 압축 구조 지지체를 제공하지 않도록 하고, 광개시제, 가속제, 또는 다른 중합 강화 물질이 NSPIE 성분 상에 코팅되거나 NSPIE 성분 내에 포함된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제조 공정에서, 기판의 바깥 면에 편광자를 부착한 후에는 가요성이 급격하게 떨어지는데, 이는 편광자가 기판의 전면에 부착되어 표시 장치를 구부리거나 휠 때 각각의 층이 상대적으로 움직일 수 없이 고정되어 있기 때문이다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 편광자를 기판에 부분적으로 접착할 수 있으나, 편광자가 기판 사이의 간격이 불균일하게 되어 화질이 저하되는 문제점이 발생한다. 본 발명의 실시예에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 편광자와 기판을 결합할 때, 액정 표시 장치의 두 기판을 결합할 때 사용하는 봉인재를 사용하고, 기판과 편광자 사이의 간격을 일정하게 지지하게 고착형 기판 간격재를 사용한다. 이에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명하기로 한다.

도 7은 중합체로 코팅된 구형 간격재를 사용하여 편광자를 부착한 액정 표시 장치의 구조를 구체적으로 도시한 단면도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치에 힘이 가해진 상태에서 중합체로 코팅된 구형 간격재의 변형을 도시한 단면도이다.

도 7에서 보는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치는 앞에서 설명한 바와 같이, 서로 마주하는 두 기판과 두 기판 사이에 형성되어 있으며, 통과하는 빛의 편광 방향을 변화시키는 액정과 두 기판 사이의 간격을 일정하게 지지하는 제1 기판 간격재와 제1 기판 간격재에 코팅되어 있으며, 기판과 제1 기판 간격재의 위치를 일정하게 유지시키는 동시에 전단 응력에 대하여 유연성을 가지는 중합체를 포함한다. 또한, 두 기판의 바깥 면에 각각 부착되어 있으며, 편광축의 배치를 통하여 기판을 통과하는 빛의 투과량을 조절하기 위한 편광자와 편광자와 기판 사이의 간격을 일정하게 지지하며 탄성을 가지는 구형의 제2 기판 간격재와 기판과 편광자를 잡아주며 제2 기판 간격재에 코팅되어 제2 기판 간격재의 위치를 고정하며 전단 응력에 대하여 유연성을 가지는 제2 중합체와 기판과 편광자 사이에 채워져 있는 매질을 포함한다. 이때, 제2 기판 간격재와 제2 중합체는 구부린 상태에서도 기판과 편광자의 간격을 일정하게 유지시켜줄 수 있고, 이를 통하여 무아레와 같은 현상이 발생하는 것을 방지할 수 있다. 또한, 경화된 제2 중합체는 층간의 간격이 넓어질 때는 기판과 편광자의 간격이 벌어지지 않도록 기판과 편광자를 잡아주는 역할도 하며, 도 8에서 보는 바와 같이 좌우방향으로 가해지는 응력에 대하여 유연성을 부여한다. 제1 기판 간격재 및 제1 중합체는 제2 기판 간격재 및 중합체와 동일할 수 있으며, 그렇지 않을 수도 있다.

이러한 액정 표시 장치의 제조 방법에서 제2 중합체를 형성하는 방법은 두 기판 사이에 제1 중합체를 형성하는 방법과 동일하게 진행된다.

본 발명은 중합체 분자 표시 장치에 비하여 저전압 구동을 할 수 있는 표시 장치를 제공한다. 또한, 광마스크를 이용하는 복잡한 공정을 필요로 하지 않으며, 이러한 실시예들은 액정 표시 장치 제조 방법과 양립할 수 있는 방법을 사용하여 만들어질 수 있다. 이러한 액정 표시 장치에서 중합체는 벗겨짐과 전단 응력(peel and shear strength)을 제공하고, 기판 간격재가 압축하는 힘을 제공한다.

기판 사이의 간격재가 액정이나 중합체와는 다른 굴절률을 가지기 때문에 간 격재는 표시 장치에 빛이 비추어질 때 빛을 산란할 것이다. 따라서, 간격재의 밀도가 너무 높을 경우 부옇게 되는 현상(haziness)과 대비비 저하를 가져올 수 있다. 이를 방지하기 위해 본 발명의 실시예에서는 공정 중에 대비비 저하를 최소화하면서 추가적인 중합 개시 위치를 제공한다.

비조직 PIE는 두 기판 사이를 중합체가 추가적으로 연결하는 중요한 이점을 제공한다. 이것은 압축 강도에는 영향을 별로 주지 않으면서 벗겨짐 강도를 강화하는 결과를 낳는다. 간격재와 비조직 PIE의 밀도를 조절함으로써 향상된 압축 강도와 벗겨짐 강도를 가지는 표시 장치의 적층 구조를 얻을 수 있다.

또한, 중합체 및 기판 간격재를 이용하여 편광자를 지지하고 고정하고 봉인재를 이용하여 편광자를 부착함으로써, 가요성을 유지함과 동시에 추가되는 접착 면적 없이 편광판을 부착할 수 있다. 또한, 액정 표시 장치의 제조 공정 중에 중합체를 형성하여 추가되는 공정 없이 편광자의 접착을 강화할 수 있어 제조 공정을 단순화할 수 있다.

Claims (6)

1. (정정) 적어도 하나가 투명하고 서로 소정 간격을 두고 마주보고 있는 두 기판,

   상기 두 기판 사이의 공간에 전기장을 형성하기 위하여 배치된 전극들,

   상기 두 기판 사이에 위치하며, 두 기판 사이의 간격을 일정하게 지지하는 제1 간격재,

   상기 두 기판 사이에 형성되어 있는 액정,

   서로 마주하는 상기 두 기판 밖의 적어도 한 면에 위치하는 편광자,

   상기 기판과 편광자 사이의 간격을 일정하게 지지하는 제2 간격재,

   상기 제2 간격재에 코팅되어 있으며, 상기 기판과 상기 편광자에 접착되어 있는 제1 중합체,

   상기 기판과 상기 편광자 사이에 채워진 매질,

   상기 기판과 상기 편광자를 부착하며 상기 매질을 가두는 봉인재

   를 포함하는 액정 표시 장치
2. 제1항에서,

   상기 제1 또는 제2 간격재는 다수의 구형 또는 원통형인 액정 표시 장치.
3. 제1항에서,

   상기 제1 또는 제2 간격재는 탄성을 가지는 액정 표시 장치.
4. 제1항에서,

   상기 제1 또는 제2 간격재는 플라스틱을 포함하는 액정 표시 장치.
5. 제1항에서,

   상기 제1 또는 제2 간격재는 나노다공성(nanoporous), 중간다공성 (mesoporous) 또는 마이크로다공성(microporous) 등의 고표면적 입자를 포함하는 액정 표시 장치.
6. 제1항에서,

   상기 제1 간격재에 코팅되어 있으며, 상기 두 기판에 접착되어 있는 제2 중합체를 더 포함하는 액정 표시 장치.

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