KR101042786B1 - Liqiud Crystal Display Device using Photoalignment Layer - Google Patents
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Abstract
본 발명은 광배향막을 이용한 액정표시소자에 관한 것으로 광 배향으로 인해 발생하는 잔류 DC를 줄이기 위해 광 경화성 단량체 조성물을 배향막 표면 위에 경화시켜 이온을 트래핑 (ion trapping)하여 잔류 DC를 감소시키는 것을 특징으로 한다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device using a photoalignment film, and to reduce residual DC generated due to photo alignment, the photocurable monomer composition is cured on the surface of the alignment film to trap residual ions to reduce residual DC. do.
광배향막, 액정 표시소자, 광 경화성 단량체 조성물, 잔류 DCPhotoalignment film, liquid crystal display device, photocurable monomer composition, residual DC
Description
본 발명은 광배향막에 의해 제조된 액정 표시소자에 관한 것으로, 특히 동영상 구현시 잔상을 줄이기 위해 대향 하는 2장의 기판 사이에 액정과 광 경화성 단량체 조성물을 혼합하여 주입하고 자외선(ultraviolet rays: 이하, "UV"라고 함)를 조사하여 광배향막 위에 광 경화성 반응성 단량체 조성물을 경화시킴으로써 광배향막의 표면에 존재하는 이온을 트래핑하여 잔류 DC를 감소시키는 방법에 관한 것이다.BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a liquid crystal display device manufactured by an optical alignment layer. In particular, a liquid crystal and a photocurable monomer composition are mixed and injected between two opposing substrates in order to reduce an afterimage in realizing a moving image. UV ”) to cure the photocurable reactive monomer composition on the photoalignment layer to trap ions present on the surface of the photoalignment layer to reduce residual DC.
현재 액정 디스플레이에서 가장 많이 응용되고 있는 액정 모드는 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In-Plane Switching) 모드, 그리고 FFS(Fringe-Field Switching) 모드가 있다.이렇게 상용화되고 있는 액정 모드들은 액정 배향시 러빙기를 이용하거나 전극을 패턴하여 액정의 방향을 결정해 준다. 하지만 기판이 대형화될수록 러빙기의 사이즈도 커져야 하기 때문에 액정 방향성을 균일하게 배열시키는 것이 쉽지 않고, 러빙시 발생하는 불순물로 인해 불량률이 증가하는 단점이 있다. 또한, 전극을 패턴하여 액정의 방향을 결정해 주는 방법 또한 마스크(Mask)를 사용해야 하므로 제조 비용이 올라가는 단점이 있다.The most popular liquid crystal modes currently used in liquid crystal displays include twisted nematic (TN) mode, vertical alignment (VA) mode, in-plane switching (IPS) mode, and fringe-field switching (FFS) mode. In the liquid crystal modes, the direction of the liquid crystal is determined by using a rubbing machine or by patterning electrodes when the liquid crystal is aligned. However, as the size of the substrate increases, the size of the rubbing machine must also increase, so that it is not easy to uniformly arrange the liquid crystal orientation, and the defect rate increases due to impurities generated during rubbing. In addition, the method of determining the direction of the liquid crystal by patterning the electrode also has a disadvantage in that the manufacturing cost increases because a mask must be used.
따라서 편광된 UV를 조사하여 액정의 방향을 결정해주는 광배향막을 이용한 액정표시소자가 최근 연구 개발되고 있지만, 종래 방식의 광배향막을 사용한 액정표시소자는 잔류 DC가 크게 발생하여 액정표시소자의 동영상 구현시 잔상이 남는 문제가 발생한다.Therefore, the liquid crystal display device using the optical alignment film that determines the direction of the liquid crystal by irradiating the polarized UV has been recently researched and developed, but the liquid crystal display device using the conventional optical alignment film generates a large residual DC to realize the video of the liquid crystal display device Afterimage problem occurs.
따라서 본 발명의 목적은 광배향막을 이용해 광시야각 특성을 갖는 액정 표시소자에 있어서 동영상 구현시 발생하는 잔상을 해결하기 위해 제안한 것으로, 기존의 광배향막을 이용한 액정표시소자에 액정과 광경화성 반응성 단량체 조성물의 혼합물을 주입하여 광배향막 위에 광경화성 단량체 조성물이 고분자화 되어 이온들을 트래핑하여 잔류 DC가 감소하는 광배향막에 의해 제조된 액정표시소자를 제공하는 것이다.Accordingly, an object of the present invention is to solve an afterimage generated when a moving picture is realized in a liquid crystal display device having a wide viewing angle characteristic using a photoalignment film, and a liquid crystal and a photocurable reactive monomer composition in a liquid crystal display device using a conventional photoalignment film. Injecting a mixture of the photocurable monomer composition on the photoalignment film polymerized to trap the ions to provide a liquid crystal display device manufactured by the photoalignment film is reduced residual DC.
상술한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 액정표시소자에서, 액정의 방향을 결정하는 광배향막과, 상기 액정의 표면에 형성되며 상기 광배향막에서 생성된 이온들을 트래핑하는 고분자 박막을 구비하는 것을 일 특징으로 한다.
또한 본 발명은 광배향막을 이용하는 액정표시소자의 제조 방법에 있어서, 두 기판 사이에 광경화성 단량체 조성물과 액정을 주입하는 단계와, 상기 액정의 표면에 상기 광배향막에서 생성된 이온들을 트래핑 하는 고분자 박막을 형성하는 단계를 구비하는 것을 다른 특징으로 한다. In order to achieve the above object, the present invention provides a liquid crystal display device, comprising: an optical alignment film for determining the direction of the liquid crystal; and a polymer thin film formed on the surface of the liquid crystal and trapping ions generated in the optical alignment film. It is done.
In addition, the present invention provides a method of manufacturing a liquid crystal display device using a photo-alignment film, the step of injecting a photocurable monomer composition and a liquid crystal between the two substrates, the polymer thin film trapping the ions generated in the photo-alignment layer on the surface of the liquid crystal It characterized in that it comprises a step of forming a.
본 발명은 광배향막을 이용해 액정의 방향성을 결정해주기 때문에 멀티 배향하기가 쉬워 별도의 전극패턴을 해주지 않고도 광시야각 특성을 갖는 액정표시장치를 제공한다.The present invention provides a liquid crystal display device having a wide viewing angle characteristic because it is easy to multi-orientate because it determines the orientation of the liquid crystal by using an optical alignment film, without providing a separate electrode pattern.
또한, 광 경화성 단량체 조성물을 광배향막 위해 코팅함으로써 광배향에 의해 발생하는 이온들을 트래핑하여 발생하는 잔류 DC를 감소시켜 동화상 구현 시 잔상문제를 해결해 줄 수 있다.In addition, by coating the photo-curable monomer composition for the photo-alignment layer to reduce the residual DC generated by trapping the ions generated by the photo-alignment can solve the after-image problem in the implementation of moving images.
본 발명은 광배향막을 이용한 액정표시소자에 관한 것으로 광 배향으로 인해 발생하는 잔류 DC를 줄이기 위해 광 경화성 단량체 조성물을 배향막 표면 위에 경화시켜 생성된 고분자들이 이온들을 트래핑하여 발생하는 잔류 DC를 감소시키는 것을 특징으로 한다.The present invention relates to a liquid crystal display device using a photo-alignment film to reduce the residual DC generated by the photo-alignment to reduce the residual DC generated by the polymers formed by curing the photocurable monomer composition on the surface of the alignment film trapped ions It features.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 본 실시예들은 본 발명을 단지 예시적으로 설명하기 위한 목적이므로 다양한 변형이나 변경이 가능함을 당업자들은 주의하여야 한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Those skilled in the art should note that various modifications or changes are possible because the embodiments are merely illustrative of the present invention.
(실시예 1)(Example 1)
실시예 1은 광배향막을 이용한 액정 모드 중에 광시야각 특성을 갖는 FFS 모드를 대표적인 예로 들어 설명하기로 한다. Example 1 will be described by taking the FFS mode having a wide viewing angle characteristics as a representative example of the liquid crystal mode using the optical alignment film.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 액정표시장치의 모식도이다. 도 1 (가)에 도시한 바와 같이 하나의 TFT(1), 게이트 라인(2), 데이터 라인(3)에 의해 구동되는 하부 기판에만 화소전극(4)과 공통전극(5)을 가지고 있는 일반적인 FFS 모드에 광배향막을 이용해 액정의 방향(6)을 결정해준다. 광배향막에 편광된 UV를 조사하여 액정에 방향을 주면 UV에 의해 배향막의 화학적 구조들이 깨지면서 이온들이 발생한다. 이때 발생하는 이온들이 액정표시소자에 잔류 DC를 만들어 낸다. 따라서 광배향막에 의해 발생한 이온들을 제거하기 위해 도 1(나)에 도시한 바와 같이 서로 대향 하는 상부 기판(7)과 화소전극(4)과 공통전극(5)이 코팅되어 있는 하부 기판(13) 사이에 광배향막(8, 11)을 코팅하고 편광된 UV를 통해 액정의 방향을 결정해 준 후에, 광경화성 단량체 조성물(9)와 액정(10)을 혼합하여 셀에 주입한 후 UV를 조사하여 광배향막(8, 11) 표면 위에 광경화성 단량체 조성물(9)를 고분자화시킨다.1 is a schematic diagram of a liquid crystal display according to a first embodiment of the present invention. As shown in FIG. 1A, a
도 2는 도 1의 광경화성 단량체 조성물를 경화시키는 제조방법을 보여주고 있다. 도 2 (가)에서 도시한 바와 같이 서로 대향 되는 상부기판(7)과 화소전극(4)과 공통전극(5)이 코팅되어있는 하부기판(13) 사이에 광경화성 단량체 조성물(9')을 액정과 혼합하여 셀에 주입한 후 편광되지 않은 UV을 조사한다. UV를 조사하면 도 2(나)에 도시한 바와 같이 광경화성 단량체 조성물(9')이 고분자화 되어 수평 광배향막(8, 11) 위에 코팅된다. 이때 형성된 광경화성 반응성 고분자(9')는 액정의 배열 상태를 깨트리지 않으면서 동시에 이온을 트래핑하여 잔류 DC를 감소시킨다. FIG. 2 illustrates a method of curing the photocurable monomer composition of FIG. 1. As shown in FIG. 2A, a photocurable monomer composition 9 'is disposed between the
(실시예 2)(Example 2)
실시예 2는 광배향막을 이용해 멀티도메인를 갖는 TN 모드와 VA 모드를 예로 들어 설명하기로 한다.Example 2 will be described taking the TN mode and the VA mode having a multi-domain as an example using a photoalignment film.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따른 멀티 도메인을 갖는 TN 모드의 모식도이다. 도시한 바와 같이 액정의 상부 및 하부의 배향 방향은 두 영역이 서로 다르게 되어 있다. 액정 배향 방향은 종래의 멀티 러빙 방식이 아닌 편광된 UV와 마스크(Mask)를 이용하여 쉽게 결정해 줄 수 있다. 광배향막에 의해 발생한 이온들을 제거하기 위해 도시한 바와 같이 투명전극(32, 37)이 코팅되어 있는 대향 되는 두 기판(31, 38) 사이에 광경화성 단량체 조성물(34)과 액정(35)을 혼합하여 셀에 주입한 후 편광되지 않은 UV을 조사한다. UV를 조사하면 광경화성 단량체 조성물(34)이 고분자화 되어 수평 광배향막(33,36) 위에 코팅된다. 이때 형성된 광경화성 단량체 조성물(34)은 액정의 배열상태를 깨트리지 않으면서 이온을 트래핑하여 잔류 DC를 감소시킨다. 3 is a schematic diagram of a TN mode having a multi-domain according to a second embodiment of the present invention. As shown, the two regions are different in the alignment directions of the upper and lower portions of the liquid crystal. The liquid crystal alignment direction can be easily determined using polarized UV and a mask rather than the conventional multi-rubbing method. The
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 멀티 도메인을 갖는 VA 모드의 모식도이다. 도시한 바와 같이 액정의 상 하부 배향방향은 두 영역이 서로 다르게 배향 되어 있다. 액정 배향 방향은 종래의 전극 패턴 방식이 아닌 편광된 UV와 마스크(Mask)를 이용하여 쉽게 결정해 줄 수 있다. 광배향막에 의해 발생한 이온들을 제거하기 위해 도시한 바와 같이 투명전극(42, 47)이 코팅되어 있는 대향 되는 두 기판(41, 48)사이에 광경화성 단량체 조성물(44)과 액정(45)를 혼합하여 셀에 주입한 후 편광되지 않은 UV을 조사한다. UV를 조사하면 광경화성 단량체 조성물(44)이 고분자화 되어 수직 광배향막(43, 46) 위에 코팅된다. 이때 형성된 광경화성 반응성 고분자(43)는 액정의 배열 상태를 깨트리지 않으면서 이온들을 트래핑하여 잔류 DC를 감소한다. 4 is a schematic diagram of a VA mode having a multi-domain according to a second embodiment of the present invention. As illustrated, the upper and lower alignment directions of the liquid crystals are aligned differently from each other. The liquid crystal alignment direction can be easily determined using polarized UV and a mask, rather than the conventional electrode pattern method. A
상기 광경화성 단량체 조성물의 양은 액정의 배향을 깨트리지 않기 위해 액정 농도 대비 0.01 내지 5wt%의 범위가 적당하며, 바람직하게는 0.1 내지 0.5wt% 의 범위로 사용한다.The amount of the photocurable monomer composition is suitably in the range of 0.01 to 5wt% relative to the liquid crystal concentration in order not to break the alignment of the liquid crystal, preferably used in the range of 0.1 to 0.5wt%.
광경화성 단량체 조성물은 광 개시제와 이로부터 중합 개시가 가능한 한가지 이상의 단량체로부터 선택된 단량체의 혼합물을 포함한다. 상기 단량체 혼합물로서는 디아크릴레이트 반응성 메소겐 재료 (RM 257 및 RM 258-Merch Ltd.)나 모노아크릴레이트 반응성 메소겐 재료(RM 305 및 RM 308)와 같은 반응성 액정 단량체나 또는 이의 혼합물, 에틸아크릴레이트, 부틸아크릴레이트, 펜타에리쓰리톨 트리아크릴레이트와 같이 아크릴기를 하나 이상 포함하는 아크릴 단량체 (acrylate monomer), 스티렌, 디비닐벤젠과 같이 비닐기를 하나 이상 포함하는 비닐 단량체(Vinyl monomer), 글리시딜기 또는 이소시아네이트기 등의 반응성 기를 가진 이온 중합성 단량체 중 하나 이상으로부터 선택되어진 단량체 혼합물이 사용 가능하지만 이로써 본 발명에서 사용하는 단량체의 종류를 한정하는 것은 아니며, 광개시제에 의해 경화되는 단량체라면 어느 것이나 사용될 수 있다. 광 개시제로는 아르가쿠어(Irgacure) 907(Ciba Specialty Chemicals Inc. 제조)과 같은 라디칼 광개시제와 음이온성 또는 양이온성 광개시제 중 하나 또는 두 가지 이상을 선택하여 사용 가능하지만 이로써 본 발명에서 사용하는 광개시제의 종류를 한정하는 것은 아니며, 상기 단량체를 자외선 조사에 의해 중합 개시할 수 있다면 어느 것이나 사용될 수 있다. 광 개시제는 단량체 혼합물에 대하여 0.1 내지 20wt%를 사용할 수 있지만 바람직하게는 0.1 내지 10wt%를 사용하는 것이 좋다.The photocurable monomer composition comprises a mixture of photoinitiators and monomers selected from one or more monomers capable of initiating polymerization therefrom. Examples of the monomer mixture include reactive liquid crystal monomers such as diacrylate reactive mesogen materials (RM 257 and RM 258-Merch Ltd.) or monoacrylate reactive mesogen materials (RM 305 and RM 308), or mixtures thereof, and ethyl acrylate. , Acrylic monomers such as butyl acrylate and pentaerythritol triacrylate, such as acrylate monomers (acrylate monomer), styrene, vinyl monomers including one or more vinyl groups, such as divinylbenzene (Vinyl monomer), glycidyl group Or a monomer mixture selected from at least one of ionic polymerizable monomers having a reactive group such as an isocyanate group can be used, but this does not limit the type of monomer used in the present invention, and any monomer that is cured by a photoinitiator can be used. have. As the photoinitiator, one or two or more of a radical photoinitiator such as Irgacure 907 (manufactured by Ciba Specialty Chemicals Inc.) and an anionic or cationic photoinitiator can be selected and used. It does not limit a kind, Any can be used as long as it can start superposition | polymerization by the said ultraviolet irradiation. The photoinitiator may use 0.1 to 20 wt% with respect to the monomer mixture, but preferably 0.1 to 10 wt%.
도 5는 광배향막을 이용한 일반적인 TN 셀(cell)과 광경화성 단량체 조성물인 RM 257을 광배향막 상부에 코팅시킨 TN 셀의 DC 전압에 따른 C-V 곡선의 히스테리시스 곡선을 보여주고 있다. 측정 장비는 애질런트 테크놀로지(Agilent Technologies)사의 LCR 미터(Meter)를 사용하였고, 광배향막은 광분해법에 의해 광배향되는 Chloromethylated Polyimide(CMPI)를 사용하였다. 도시한 바와 같이 광경화성 단량체 조성물을 광배향막 상부에 코팅시킨 TN 셀의 히스테리시스가 0.9V 이하로 적게 나타나는 것을 확인할 수 있다. 이렇게 광경화성 단량체 조성물이 셀(cell)에 혼합되어 있어도 잔류 DC가 적게 나타나는 이유는 RM 모노머들이 완벽하게 경화되어 이온들이 기판 표면에 쌓이는 것을 막아주기 때문이다.FIG. 5 shows a hysteresis curve of a C-V curve according to a DC voltage of a TN cell coated with an RM 257, which is a typical TN cell using a photoalignment layer and a photocurable monomer composition, on the photoalignment layer. The measurement instrument was an ACR-entertained LCR meter (Meter), and the photo-alignment layer used Chloromethylated Polyimide (CMPI) photo-aligned by photolysis. As shown, it can be seen that the hysteresis of the TN cell coated with the photocurable monomer composition on the photoalignment layer is less than 0.9V. The reason why the residual DC is low even when the photocurable monomer composition is mixed in the cell is because the RM monomers are completely cured to prevent the ions from accumulating on the substrate surface.
도 1은 본 발명의 실시예 1에 따른 액정표시장치의 모식도이다.1 is a schematic diagram of a liquid crystal display according to a first embodiment of the present invention.
도 2는 도 1의 광경화성 반응성 단분자를 경화시키는 제조방법을 설명하는 도면이다. FIG. 2 is a view for explaining a manufacturing method for curing the photocurable reactive monomolecule of FIG. 1.
도 3은 본 발명의 실시예 2에 따라 멀티 도메인을 갖는 TN 모드의 액정표시장치의 모식도이다. 3 is a schematic diagram of a TN mode liquid crystal display device having a multi-domain according to
도 4는 본 발명의 실시예 2에 따른 멀티 도메인을 갖는 VA 모드의 액정표시장치의 모식도이다. FIG. 4 is a schematic diagram of a liquid crystal display of VA mode having a multi-domain according to
도 5는 광배향막을 이용한 일반적인 TN 셀과 광경화성 단량체 조성물인 RM-257을 광배향막 상부에 코팅시킨 TN 셀의 DC 전압에 따른 C-V 곡선의 히스테리시스 곡선이다. FIG. 5 is a hysteresis curve of a C-V curve according to a DC voltage of a TN cell in which a general TN cell using a photoalignment layer and a photocurable monomer composition RM-257 are coated on the photoalignment layer.
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