KR101082432B1

KR101082432B1 - 액정 셀, 상기의 제조방법 및 이를 포함하는 액정표시장치

Info

Publication number: KR101082432B1
Application number: KR1020090030520A
Authority: KR
Inventors: 최석원; 김기서
Original assignee: 경희대학교 산학협력단
Priority date: 2009-04-08
Filing date: 2009-04-08
Publication date: 2011-11-11
Also published as: KR20100112001A

Abstract

본 발명은 상호 대면하는 한 쌍의 기판; 상기 한 쌍의 기판이 일정한 셀 간격으로 이격되도록 상기 기판 사이에 형성된 스페이서; 상기 기판 내벽에 형성된 배향 막; 및 상기 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하되, 휨지수가 0.01 내지 2가 되도록 굽힘 스트레스를 인가 시, 암 상태(black state) 또는 명 상태(white state) 중 적어도 하나 이상에서 굽힘 스트레스 인가 전의 투과율 및 굽힘 스트레스 인가 후의 투과율 간의 차이가 10% 이하인 액정 셀, 상기의 제조방법 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.

본 발명에 따른 액정 셀은 굽힘 응력이 분산되어 셀 간격의 변화가 최소화되고, V-T 특성 저하가 적으므로 유연성 디스플레이의 소자로 유용하게 사용될 수 있다.

액정 배향막, LCD, 폴리이미드, 컬럼 스페이서, 경화, 유연성

Description

액정 셀, 상기의 제조방법 및 이를 포함하는 액정표시장치{Liquid crystal cell, manufacturing method thereof and liquid crystal display comprising the same}

본 발명은 액정 셀, 상기의 제조방법 및 이를 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.

LCD(Liquid crystal display)는 박형, 저전력 소모, 경량, 고화소 등의 장점을 가지고 있어 널리 상용화 되어 있다.

초기의 LCD의 경우, 두 편광판 사이의 액정분자의 배열에 따라 구동되기 때문에 시야각 및 응답 속도에 문제점이 있었으나, 광시야각 기술과 새로운 액정모드 및 구동기술의 향상에 따라 상기한 바와 같은 문제점들이 많이 개선되었다.

그러나 LCD를 차세대 디스플레이로 부각되는 종이처럼 휘어지는 유연성 디스플레이(flexible display)를 구현하기에는 아직 여러 가지 문제점이 남아있다.

LCD는 휘어지게 되면, 셀 갭과 액정배열의 산란으로 인하여 디스플레이의 왜곡이 생기게 된다. 이러한 문제점으로 인하여 OLED, E-Paper 등과 같은 기술이 LCD에 비하여 유연성 디스플레이를 구현하기 위한 기술로서 부각되고 있으며, 이미 많 은 연구가 진행되고 있다.

이에, 타 디스플레이에 비하여 고도로 축적되어 있는 LCD 기반 기술을 이용한 유연성 LCD의 연구 또한 활발히 이루어지고 있으나, 아직까지 LCD가 휘어지는 경우, 발생되는 굽힘 응력(bending stress)을 억제하고, 액정 셀의 특성 저하를 방지할 수 있는 기술 개발이 미미한 실정이다.

본 발명은 상술한 기술개발의 필요성을 충족시키기 위하여 창출된 것으로서, 본 발명의 목적은 굽힘 응력을 분산시킴으로써 굽힘 시 나타날 수 있는 셀 간격 변화 및 V-T 특성 저하를 방지할 수 있는 액정 셀을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 굽힘에 대한 우수한 내성을 가지는 액정 셀을 간편하게 제조하고, 셀 간격 변화 및 V-T 특성 저하를 최소화할 수 있는 최적의 조건을 제공하는 액정 셀의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 상기한 바와 같은 액정 셀을 포함함으로써 굽힘에 대한 내성이 우수하여 유연성 디스플레이로 유용하게 사용될 수 있는 액정표시장치를 제공하는 것이다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 상호 대면하는 한 쌍의 기판; 상기 한 쌍의 기판이 일정한 셀 간격으로 이격되도록 상기 기판 사이에 형성된 스페이서; 상기 기판 내벽에 형성된 배향 막; 및 상기 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하되, 하기 수학식 1로 표시되는 휨지수가 0.01 내지 2가 되도록 굽힘 스트레스를 인가 시, 암 상태 또는 명 상태 중 적어도 하나 이상에서 하기 수학식 2 의 조건을 만족시키는 액정 셀을 제공한다.

P = l / R

상기 수학식 1에서, 상기 P는 휨지수이고, l은 액정 셀의 길이이며, R은 곡률 반경이고,

│T1 - T2│ ≤ 10%

상기 수학식 2에서, T1은 굽힘 스트레스 인가 전의 투과율이고, T2는 굽힘 스트레스 인가 후의 투과율이다.

또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 수단으로서, 한 쌍의 기판 내벽에 형성된 배향 액을 1차 경화시키는 제 1 단계; 제 1 단계에서 얻어진 한 쌍의 기판을 합착하는 제 2 단계; 및 상기 1차 경화된 배향 액을 2차 경화시키는 제 3 단계를 포함하는 본 발명에 따른 액정 셀의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 과제를 해결하기 위한 또 다른 수단으로서, 본 발명에 따른 액정 셀; 및 상기 액정 셀의 일면 또는 양면에 접합된 편광판을 구비하는 액정 패널을 포함하는 액정표시장치를 제공한다.

본 발명에 따른 액정 셀은 굽힘 시 발생하는 셀 간격의 변화를 최소화할 수 있고, 굽힘 시 측정되는 투과율이 최초 투과율과 차이가 적어, 굽힘에 따른 V-T 특성 저하를 방지할 수 있으며, 굽힘 응력을 분산시킴으로써 유연성 디스플레이 소재로 적합하게 사용될 수 있으며, 이를 포함하는 액정표시장치는 LCD의 취약점인 연성에 대한 V-T 특성 저하를 극복할 수 있도록 해줌으로써 연성 액정표시장치로 유용하게 사용될 수 있다.

또한, 상기한 바와 같이 굽힘에 따른 내성이 우수한 액정 셀을 간편한 방법으로 제조할 수 있어, 생산 비용을 절감하는 효과가 있다.

본 발명은 상호 대면하는 한 쌍의 기판; 상기 한 쌍의 기판이 일정한 셀 간격으로 이격되도록 상기 기판 사이에 형성된 스페이서; 상기 기판 내벽에 형성된 배향 막; 및 상기 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하되, 하기 수학식 1로 표시되는 휨지수가 0.01 내지 2가 되도록 굽힘 스트레스를 인가 시, 암 상태(black state) 또는 명 상태(white state) 중 적어도 하나 이상에서 하기 수학식 2의 조건을 만족시키는 액정 셀에 관한 것이다.

[수학식 1]

P = l / R

[수학식 2]

│T1 - T2│ ≤ 10%

이하, 본 발명에 따른 액정 셀을 보다 상세하게 설명하도록 한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 액정 셀은 한 쌍의 기판, 스페이서, 배향 막 및 액정층을 포함한다.

여기서, 상기 한 쌍의 기판은 상호 대면하도록 형성되고, 액정물질이 셀 사이에 형성된 일정한 공간으로 충전될 수 있도록 상기 한 쌍의 기판 사이에 형성되는 스페이서를 통하여 일정한 셀 간격으로 이격된다. 이와 같은 셀 간격은 특별히 제한되는 것은 아니고, 이 분야에서 통상적으로 사용되는 액정 셀 간격은 모두 포함할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 액정 셀에서, 상기 기판의 종류는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 유연성이 있는 플라스틱 기판이 사용될 수 있다.

상기 플라스틱 기판의 구체적인 예를 들면, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르설폰(PES), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 및 폴리카보네이트(PC) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함할 수 있으며, 액정 셀이 적용되는 액정표시장치의 용도에 따라 적합한 고분자 기판을 선택하여 사용할 수 있다.

상기한 바와 같은 기판의 두께 및 면적은 이 분야에서 공지된 통상적인 두께 및 면적을 용도에 따라 적절하게 선택하여 채용할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니다.

또한, 상기 스페이서의 종류도 특별히 한정되는 것은 아니고, 이 분야에서 공지된 다양한 재질 및 형태의 스페이서가 포함될 수 있으나, 구체적으로는 재질에 따라 플라스틱 스페이서 또는 유리 스페이서 등이 있으며, 형태에 따라 볼 스페이서 또는 컬럼 스페이서 등이 사용될 수 있다.

한편, 상기 기판의 표면 상에는 이산화규소(SiO₂) 및 인-주석 산화물(ITO) 등이 강력하게 부착되어 얇은 막을 형성할 수 있고, 이와 같은 얇은 막이 전압을 인가 받는 투명 전극으로 사용될 수 있다.

또한, 상기 상호 대면하는 한 쌍의 기판 사이에 형성된 셀 간격으로 충전되는 액정물질의 분자 배열을 용이하게 조절할 수 있도록 상기 한 쌍의 기판 내벽에 각각 배향 막이 형성되어, 상기 액정물질이 동일한 방향으로 배향될 수 있도록 해준다.

상기 배향 막은 이 분야에서 공지된 다양한 재질의 유기 배향 막이 사용될 수 있으며, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 구체적인 예를 들면, 폴리이미드 타입을 사용할 수 있다.

이와 같은 배향 막은, 회전 도포법 또는 인쇄 도포법 등을 이용하여 기판 상에 배향액을 도포한 후, 박막을 형성하여 경화한 후, 러빙(rubbing) 법으로 액정 분자의 배향을 제어할 수 있다.

폴리이미드의 합성 방법은 특별히 제한되는 것은 아니고, 이 분야에서 공지된 다양한 방법이 사용될 수 있으나, 예를 들면, 디아민 화합물과 무수물을 용매 하에서 반응시켜서 폴리아믹산을 합성하고, 도공 후, 건조, 가열경화의 공정을 통하여 탈수 등의 작용을 통하여 합성할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 액정 셀은 전술한 바와 같이, 일반적인 표시 소자 사용 환경 조건 하에서 하기 수학식 1로 표시되는 휨지수가 0.01 내지 2가 되도록 굽힘 스트레스를 인가 시, 암 상태 또는 명 상태 중 적어도 하나 이상에서 하기 수학식 2의 조건을 만족시킨다.

[수학식 1]

P = l / R

상기 수학식 1에서, P는 휨지수이고, l은 액정 셀의 길이이며, R은 곡률 반경이고,

[수학식 2]

│T1 - T2│ ≤ 10%

여기서, 상기 수학식 1로 표시되는 휨지수는 곡선 또는 곡면의 휨 정도를 나타내는 변화율을 의미하는 것으로서, 도 1을 참고하면, 상기 휨지수는 곡률 반경(R)에 대한 액정 셀의 길이(l)로 나타낼 수 있으며, 이에 따라 액정 셀의 휘어진 정도를 나타낼 수 있다.

또한, 본 발명에서 굽힘 스트레스(bending stress)란, 대상 물질이 휘어지도록 공급되는 힘을 의미하며, 대상 물질이 상기한 바와 같은 휨지수를 갖도록 휘어질 수만 있다면, 그 방법이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 액정 셀의 양단을 고정한 후, 액정 셀 면에 수직하는 방향으로 중앙부에 일정한 압력을 가하여 액정 셀이 휘어지게 할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 액정 셀은 한 쌍의 기판을 상호 합착하는 경우에, 상기 기판의 내벽에 도포된 배향 액을 완전히 경화시키지 않고, 일부 이미드화(imidization)가 진행된 상태에서 합착을 수행하여 이미드화된 배향 액 내의 유기 고분자 간에 화학적 결합이 일어나도록 한 후, 상기 합착과 동시 또는 합착 후에 일부 미 경화된 배향 액을 경화시켜 형성된 배향 막을 포함함으로써 실란트에 의한 기판 간의 결합력 외에 한 쌍의 기판 내벽에 도포되어 있는 배향 액 상호 간 화학적 결합이 부가되어 보다 우수한 접착력을 가질 수 있다.

따라서 본 발명에 따른 액정 셀은 상기한 바와 같은 우수한 접착력을 가짐에 따라 굽힘에 대한 투과율의 변화를 최소화할 수 있어, 우수한 굽힘 내성(bending tolerance)이 요구되는 유연성 액정표시소자 등에 유용하게 사용될 수 있다.

한편, 액정 셀은 두 개의 편광필름이 상호 90°로 배열되어 있어, 전압의 인가에 따라 상기 편광필름 중 어느 하나의 배향이 변경됨으로써 빛을 차단하거나 투과하는 특성을 나타낼 수 있는데, 전압을 인가한 상태에서 빛을 차단하고, 전압을 인가하지 않은 상태에서 빛을 투과하는 것이 NW(normally white) 모드이고, 전압을 인가한 상태에서 빛을 투과하고, 전압을 인가하지 않은 상태에서 빛을 차단하는 NB(normally black) 모드로 구분될 수 있다.

본 발명에서는, 편광필름들 간 배열에 따라 빛이 차단되어 어두운 상태를 나타내는 경우를 『암 상태(black state)』라고 하고, 빛이 투과되어 밝은 상태를 나타내는 경우를 『명 상태(white state)』라고 한다.

본 발명에 따른 액정 셀은 상기 휨지수가 0.01 내지 2가 되도록 굽힘 스트레스를 인가한 경우, 구체적으로는 휨지수가 0.1 내지 2가 되도록 굽힘 스트레스를 인가한 경우, 보다 구체적으로는 휨지수가 0.5 내지 2가 되도록 굽힘 스트레스를 인가한 경우, 보다 더 구체적으로는 휨지수가 1 내지 2가 되도록 굽힘 스트레스를 인가한 경우에도, 암 상태 또는 명 상태 중 적어도 하나 이상에서 상기 수학식 2의 조건을 만족시킬 수 있다.

또한, 상기 휨지수가 0.01 내지 2가 되도록 굽힘 스트레스를 인가한 경우에, 명 상태 또는 암 상태 중 적어도 하나 이상에서는 굽힘 스트레스를 인가하기 전의 투과율과 후의 투과율 간에 투과율의 차이가 구체적으로 5% 이하일 수 있으며, 보다 구체적으로는 1% 이하일 수 있다.

즉, 본 발명에 따른 액정 셀은 기판 간의 결합력이 우수하고, 굽힘 응력이 분산되도록 형성되어, 상기한 바와 같이, 일정한 정도 휘어질 수 있도록 굽힘 스트레스를 인가한 후에도 우수한 V-T 특성을 유지할 수 있다.

나아가, 본 발명에 따른 액정 셀은 상기 휨지수가 0.01 내지 2가 되도록 굽힘 스트레스를 인가 시, 암 상태 및 명 상태에서 하기 수학식 3의 조건을 만족시킬 수 있다.

│T3 - T4│ ≤ 10%

상기 수학식 3에서, T3는 굽힘 스트레스 인가 전의 투과율이고, T4는 굽힘 스트레스 인가 후의 투과율이다.

즉, 본 발명에 따른 액정 셀은 배향 액을 일부 이미드화시킬 때, 이미드화의 정도를 최적화함에 따라 암 상태 및 명 상태에서 굽힘 스트레스 인가 전과 굽힘 스트레스 인가 후의 투과율 간 차이가 모두 10% 이하로 유지할 수 있으며, 구체적으로는 5% 이하로 유지할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 액정 셀은 전술한 바와 같이 휨지수를 보다 구체적인 범위로 한정하는 경우에도 상기 수학식 3의 조건을 만족시킬 수 있다.

예를 들면, 상기한 바와 같이 휨지수가 1 내지 2가 되도록 굽힘 스트레스를 인가 시에도, 암 상태 및 명 상태에서 굽힘 전과 굽힘 후의 투과율 차이가 10% 이하일 수 있다.

본 발명에 따른 액정 셀은 상기한 바와 같이, 제조 과정에서 기판 간의 결합력이 보다 우수해질 수 있도록 형성된 배향 막을 포함하므로 굽힘 시에도 셀 간격이 변화율이 적어, 우수한 V-T(Voltage-transmittance) 특성을 유지할 수 있으며, 이에 따라 빛샘 현상을 방지할 수 있다.

한편, 본 발명에 따른 액정 셀은 휨지수가 0.01 내지 2가 되도록 굽힘 스트레스를 인가 시, 콘트라스트 비(contrast ratio)의 감소율이 10% 이하일 수 있고, 보다 구체적으로는 5% 이하일 수 있다.

여기서, 상기 콘트라스트 비의 감소율이란, 굽힘 스트레스 인가 전의 콘트라스트 비에 대한 굽힘 스트레스 인가 전의 콘트라스트 비와 굽힘 스트레스 인가 후의 콘트라스트 비의 차이를 의미한다. 상기 콘트라스트 비의 감소율은 하기 수학식 4로 나타낼 수 있다.

{(A-B)/A}×100

상기 수학식 4에서, A는 굽힘 스트레스 인가 전의 콘트라스트 비이고, B는 굽힘 스트레스 인가 후의 콘트라스트 비이다.

일반적인 액정 셀의 경우, 굽힘 스트레스에 따라 셀 간격이 변하기 때문에 콘트라스트 비도 현저하게 감소하게 되지만, 본 발명에 따른 액정 셀은 기판 간의 결합력이 우수하여 굽힘 시에도 굽힘 응력을 분산시키고, 셀 간격의 변화가 적기 때문에 콘트라스트 비의 감소율이 10% 이하로 나타날 수 있다.

상기 콘트라스트 비를 측정하는 방법도 이 분야에서 공지된 통상적인 콘트라스트 비 측정 방법을 모두 포함할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니며, 일반적인 전기-광학 측정장치를 이용하여 측정할 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은 한 쌍의 기판 내벽에 형성된 배향 액을 1차 경화시키는 제 1 단계; 제 1 단계에서 얻어진 한 쌍의 기판을 합착하는 제 2 단계; 및 상기 1차 경화된 배향 액을 2차 경화시키는 제 3 단계를 포함하는 상기 액정 셀의 제 조방법에 관한 것이다.

상기한 바와 같이, 본 발명에 따른 액정 셀의 제조방법은, 기판 내벽에 도포된 배향 액을 완전히 경화시킨 상태에서 상기 기판을 합착시키는 것이 아니라 1차 경화를 통하여 일부 이미드화가 진행된 상태에서 상기 한 쌍의 기판을 상호 합착한 후, 또는 합착과 동시에, 상기 일부 이미드화가 진행된 배향 액을 완전히 이미드화시켜 배향 막을 형성하는 방법으로서, 상기 액정 셀의 제조방법에 의하면, 기판 간의 합착 시에, 실란트(sealant) 등에 의한 접착력 외에 기판 내벽에 상호 대면하도록 형성된 배향 액에 함유되는 유기 고분자 간에 일정한 화학적 결합반응이 일어나게 함으로써 기판 간의 접착력을 보다 향상시킬 수 있다.

이하, 도 2 및 도 3을 참고하여 보다 구체적으로 본 발명에 따른 액정 셀의 제조방법을 설명하도록 한다.

본 발명에 따른 액정 셀의 제조방법에서, 상기 제 1 단계는, 한 쌍의 기판 중 어느 하나의 기판 내벽에 패턴화된 스페이서를 형성하는 단계 (1); 및 상기 단계 (1)에서 스페이서가 형성된 한 쌍의 기판 내벽에 배향 액을 도포하고 1차 경화시키는 단계 (2)를 포함할 수 있다.

상기 기판 내벽에 패턴화된 스페이서를 형성하는 방법은 이 분야에서 공지된 스페이서 형성 방법은 모두 포함할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 도 2의 (a)에 나타난 바와 같이, 기판 상에 컬럼 스페이서 물질을 증착하고, 리소그래피를 통하여 패턴이 형성된 컬럼 스페이서를 형성할 수 있다.

여기서, 상기 컬럼 스페이서 물질을 증착(deposition)하는 방식도 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 스핀 코팅방식 등에 의하여 수행될 수 있고, 상기 리소그래피 방식도 특별히 제한되는 것은 아니고, 이 분야에서 공지된 다양한 방식이 사용될 수 있으나, 예를 들면, UV 포토리소그래피(photo-lithography) 방식에 의하여 수행될 수 있다.

이어서, 단계 (2)에서와 같이, 스페이서가 형성된 기판의 내벽에 배향 액을 도포하고 1차 경화시킬 수 있다. 도 2의 (c)를 참고하면, 보다 구체적으로 상기 배향 액은 폴리이미드 타입의 배향 액일 수 있고, 스핀 코팅 방식에 의하여 도포될 수 있다.

본 발명에서, 『1차 경화』란, 배향 액을 도포한 후, 경화 처리를 수행하지 않아 이미드화가 전혀 진행되지 않은 상태(0%)를 미 경화 상태라고 하고, 경화 처리를 수행함에 따라 배향 액이 이미드화되어 최종적으로 배향 막을 형성한 상태(100%)를 완전 경화 상태라고 하였을 때, 상기 미 경화 상태로부터 경화를 수행하여 완전 경화 상태에 이르기 전 단계의 경화 상태가 되도록 경화를 수행하는 것을 의미한다.

또한, 상기 1차 경화 시, 이미드화(imidization)가 어느 정도 진행된 상태인지는 배향 액으로 사용되는 물질에 따라 다양할 수 있으며, 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 폴리이미드 타입의 배향 액을 사용하는 경우, 1차 경화는 50% 내지 90%의 이미드화(imidization)를 수행하는 것일 수 있고, 보다 구체적으로는 60% 내지 80%의 이미드화(imidization)를 수행하는 것일 수 있다.

여기서, 상기 이미드화의 정도는 상기한 바와 같이 경화를 수행하지 않은 상태를 0%라고 하고, 경화를 완료하여 최종적으로 배향 막을 형성한 상태를 100%로 가정(assumption)하여 디지털화(digitize)하여 얻어진 값을 의미한다.

상기 1차 경화로서, 50% 미만의 이미드화를 수행하는 경우, 이에 따라 형성된 배향 막은 배향 막으로서의 역할을 충분히 수행하지 못하여, 초기 액정 배향이 어려워질 우려가 있으며, 90%를 초과하는 경우, 반응기가 감소함에 따라 상하 기판의 결합력 향상 효과가 미미하여, 굽힘 시 소자 특성이 저하될 우려가 있다.

또한, 상기 배향 액의 경화방식도 특별히 제한되는 것은 아니고, 이 분야에서 공지된 다양한 경화방식이 모두 적용될 수 있지만, 구체적인 예를 들면, 열 경화 방식 또는 광 경화 방식을 사용할 수 있고, 보다 구체적으로는 열 경화 방식을 사용할 수 있다.

상기 단계 (2)에서, 1차 경화는 150 내지 250℃의 온도에서 수행할 수 있고, 구체적으로는 180 내지 220 ℃의 온도에서 수행할 수 있으며, 보다 구체적으로는 200 내지 210 ℃의 온도에서 수행할 수 있다.

상기 1차 경화가 150℃ 미만의 온도에서 수행되는 경우, 배향 액의 이미드화 반응이 잘 이루어지지 않을 우려가 있고, 상기 1차 경화가 250℃를 초과하는 온도에서 수행되는 경우, 열 분해가 발생할 우려가 있다.

아울러, 상기 1차 경화는 본 발명의 목적에 따라 적정한 이미드화(imidization)가 이루어질 수 있도록 일정한 시간 동안 수행될 수 있으며 경화시간이 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 1차 경화는 10초 내지 3600초 동 안 수행할 수 있고, 구체적으로는 60초 내지 1800초 동안 수행할 수 있으며, 보다 구체적으로는 120초 내지 600초 동안 수행할 수 있다.

다만, 상기 1차 경화 시 온도 및 경화 시간은 배향 막의 종류 및 소성 장비에 따라 달라질 수 있으며, 상기 예시된 사항에 특별히 제한되는 것은 아니다.

나아가, 제 1 단계는, 단계 (2)를 수행하기 전에 기판을 친수성 처리하는 단계 (3)을 추가로 포함할 수 있다.

예를 들면, 도 2의 (b)에 나타난 바와 같이, 패턴화된 스페이서가 형성된 기판 상에 O₂ 플라스마 처리를 통하여 친수성 처리하고, 이를 통하여 기판 표면의 접촉각을 조절함으로써 기판 표면과 배향 액에 함유된 유기 고분자 간의 접착력을 보다 향상시킬 수 있다.

즉, 도 3을 참고하면, 상기한 바와 같은 O₂ 플라스마 처리를 통하여 친수성 처리하기 이전(a)의 표면 접촉각은 40도 이상의 높은 접촉각을 나타내는 반면에, O₂ 플라스마 처리를 통하여 친수성 처리한 이후(b)의 표면 접촉각은 10도 이하의 낮은 접촉각을 나타낼 수 있다.

다만, 본 발명에서 기판 표면과 배향 액에 함유된 유기 고분자 간의 접착력 향상을 위하여 친수성 처리하는 방법이 상기 O₂ 플라스마 처리에 한정되는 것은 아니고, 친수성 처리에 따라 기판 표면의 접촉각을 조절할 수 있는 다양한 방법들이 이에 포함될 수 있다.

상기한 바와 같이, 기판의 내벽에 형성된 배향 액을 1차 경화한 후, 한 쌍의 기판을 합착한다.

여기서, 상기 한 쌍의 기판은 이 분야에서 통상적으로 사용되는 실란트(sealant) 등과 같은 실링재에 의하여 결합이 이루어지는 동시에, 완전히 이미드화되지 않고 기판의 내벽에 형성되어 있는 배향 액에 함유된 미 반응 관능기간의 화학결합이 한 쌍의 기판 중 일측 기판에 형성된 스페이서 기둥과 타측 기판 간에 형성되어 기판간에 보다 높은 결합력을 제공할 수 있다.

도 2의 (d)를 참고하면, 상기 제 2 단계에 의하여 한 쌍의 기판을 합착한 후, 1차 경화된 배향 액을 2차 경화시킬 수 있다. 단, 상기 한 쌍의 기판을 합착 시에 열을 인가할 수 있는 경우, 상기 제 2 단계와 제 3 단계는 동시에 수행할 수도 있다.

제 3 단계에서, 상기 2차 경화 온도는 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 150 내지 250℃의 온도에서 수행할 수 있고, 구체적으로는 180 내지 220℃의 온도에서 수행할 수 있으며, 보다 구체적으로는 200 내지 210℃의 온도에서 수행할 수 있다.

상기 2차 경화 온도가 150℃ 미만인 경우, 이미드화 반응이 일어나기 어려울 수 있고, 250℃를 초과하는 경우, 열분해가 발생할 우려가 있다.

또한, 상기 2차 경화 시간도 특별히 제한되는 것은 아니고, 배향 막을 형성할 수 있도록 적정한 시간이 채용될 수 있지만, 예를 들면, 상기 2차 경화는 60초 내지 1800초 동안 수행할 수 있고, 구체적으로는 120초 내지 1500초 동안 수행할 수 있으며, 보다 구체적으로는 150초 내지 900초 동안 수행할 수 있다.

뿐만 아니라, 본 발명은 상기한 바와 같은 액정 셀; 및 상기 액정 셀의 일면 또는 양면에 접합된 편광판을 구비하는 액정 패널을 포함하는 액정표시장치에 관한 것이다.

상기 액정 셀의 종류는 특별히 한정되지 않으며, TN(Twisted Neumatic), STN(Super Twisted Neumatic), IPS(In Plane Switching) 또는 VA(Vertical Alignment) 방식과 같은 일반적인 액정 셀을 모두 포함할 수 있다.

또한, 상기 편광판은 편광 필름 또는 편광 소자 등을 포함할 수 있으며, 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니지만, 예를 들면, 편광 필름 또는 편광 소자로서, 폴리비닐알코올계 수지로 되는 필름에 요오드 또는 이색성 염료 등의 편광 성분을 함유시키고, 연신하여 제조되는 필름을 사용할 수 있다.

상기에서 폴리비닐알코올계 수지로는 폴리비닐알코올, 폴리비닐포르말, 폴리비닐아세탈 또는 에틸렌 초산 비닐 공중합체의 검화물 등을 사용할 수 있고, 상기 편광 필름의 두께 역시 특별히 제한되지 않으며, 통상적인 두께로 형성할 수 있다.

또한, 상기 편광판은 상기 편광 필름 또는 편광 소자의 일면 또는 양면에 트리아세틸 셀룰로오스와 같은 셀룰로오스계 필름; 폴리카보네이트 필름 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 같은 폴리에스테르계 필름; 폴리에테르설폰계 필름; 및/또는 폴리에틸렌 필름, 폴리프로필렌 필름, 시클로계나 노르보르넨 구조를 갖는 폴리올레핀 필름 또는 에틸렌 프로필렌 공중합체와 같은 폴리올레핀계 필름 등의 보호 필름이 적층된 다층 필름으로 형성될 수 있다. 이 때 상기 보호 필름의 두께 역시 특별히 제한되지 않으며, 통상적인 두께로 형성할 수 있다.

아울러, 본 발명의 편광판은 또한 보호층, 반사층, 방현층, 위상차판, 광시야각 보상 필름 및 휘도 향상 필름으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 기능성층을 추가로 포함할 수 있다. 이 때 상기 기능성층의 구체적인 소재, 제조 방법 및 두께 등은 특별히 한정되지 않고, 이 분야의 통상의 구성을 채용할 수 있다.

상기한 바와 같이, 본 발명은 액정 셀 및 편광판을 포함하는 액정표시장치를 제공할 수 있으며, 상기 본 발명의 액정표시장치에 포함되는 그 외의 기타 구성의 종류 및 그 제조 방법도 특별히 한정되지 않으며, 이 분야의 일반적인 구성을 제한 없이 채용하여 사용할 수 있다.

이하, 본 발명은 다음 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하도록 한다. 다만, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1]

두께가 200㎛인 ITO 코팅 PES 기판 상에 컬럼 스페이서를 형성하기 위하여 시판의 Photo resin 을 스핀 코팅법에 의하여 산포하고, UV 포토리소그래피 공정을 통하여 패터닝하였다. 이에 따라 패턴화된 스페이서가 형성된 기판 상에 폴리이미드를 스핀 코팅법에 의하여 전면 도포하고, 200℃의 온도에서 270초 동안 경화하였 다.

이 후, 액정의 배향을 위하여 러빙(rubbing) 공정을 진행하고, 상기한 바와 같은 컬럼 스페이서가 형성되지 않았다는 점을 제외하고는, 상기 컬럼 스페이서가 형성된 ITO 코팅 PES 기판과 동일한 방법을 통하여 얻어진 기판을 실란트를 이용하여 합착하고, 합착 시 180℃의 온도에서 270초 동안 경화하여 액정 셀을 제작하였다.

상기 액정 셀에 진공주입 방식을 통하여 TN type의 액정(Merk, 100)을 주입하고 나서 봉지하여 3×3cm의 크기를 가지는 실시예 1에 따른 액정 셀을 제작하였다.

[비교예 1]

폴리이미드가 도포된 기판에 200℃의 온도에서 540초 동안 경화를 수행한 후, 한 쌍의 기판을 합착하고, 합착한 후, 경화를 수행하지 않았다는 점을 제외하고는, 상기 실시예 1에 따른 액정 셀과 다른 조건은 모두 동일하게 하여 제조한 비교예 1에 따른 액정 셀을 준비하였다.

	비교예1	실시예 1
1^st curing	540 sec	270 sec
2^nd curing	-	270 sec

[실험예]

1. 1차 경화에 따른 PI 용액의 이미드화(Imidization) 측정

상기 실시예 1 및 비교예 1에 따른 액정 셀을 제조하는 과정에서, 배향 액으로 사용된 폴리이미드 용액에 대하여 1차 경화를 수행하고, 상기 경화시간에 따른 FT-IR을 측정하였다.

그 결과, 도 4a 및 도 4b에 나타난 바와 같이, C-N stretching of imide (1380 cm^-1, V_C-N) 피크의 세기(intensity)가 경화시간의 증가에 따라 증가한다는 점을 확인하였다.

이에 따라 실시예 1과 다른 조건은 모두 동일하게 하고, 경화를 수행하지 않은 액정 셀 내에 함유된 폴리이미드 시료의 V_C-N 피크세기를 0%(비교예 2)로 하고, 540초 동안 경화시킨 비교예 1에 따른 액정 셀 내에 함유된 폴리이미드 시료의 V_C-N 피크세기를 100%로 가정하여 이미드화(Imidization)를 디지털화 한 결과, 하기 표 5 내지 도 7에 나타난 것과 같은 결과를 얻었다.

	실시예 1	비교예 1	비교예 2
curing time (sec)	270	540	0
Imidization (%) (V_C-N: 1380 cm^-1)	71.7	100	0

2. 전압-투과율 측정

상기 실시예 1, 2 및 비교예 1에 따른 액정 셀에 일반적인 표시 소자 사용 환경 조건 하에서, 곡률 반경이 21mm가 되도록 굽힘을 30회 반복 수행하고, 전기-광학 측정장치를 통하여 상기 액정 셀의 굽힘 전 후 전압-투과율을 측정하였다.

그 결과, 도 6에 나타난 바와 같이, 실시예 1에 따른 액정 셀의 경우, 굽힘 전후의 V-T 특성이 거의 변화가 없고, 암 상태(black state) 및 명 상태(white state) 모두 투과율의 차이가 거의 나지 않았다.

반면에, 도 7에 나타난 바와 같이, 비교예 1에 따른 액정 셀의 경우, 굽힘 전 후에 전기광학 특성이 크게 변화 함을 알 수 있다.

3. 콘트라스트 비 감소율 측정

상기 실시예 1 및 비교예 1에 따른 액정 셀에 곡률 반경이 21mm이 되도록 굽힘 스트레스를 30회 반복하여 인가하고, 전기-광학 측정장치를 이용하여 실시예 1 및 비교예 1의 굽힘 전후의 콘트라스트 비를 비교하였다.

그 결과, 하기 표 3에 나타난 바와 같이, 실시예 1에 따른 액정 셀은 굽힘 전후에 콘트라스트 비의 감소가 크지 않았던 반면에, 비교예 1에 따른 액정 셀은 콘트라스트 비가 현저하게 감소되는 것으로 나타났다.

	비교예1	실시예 1
Before	63.0	63.0
After	7.56	60.0

도 1은 본 발명에 따른 액정 셀의 휨지수를 나타낸 개략도이고,

도 2는 본 발명에 따른 액정 셀의 제조방법을 나타낸 공정 개략도이고,

도 3은 본 발명에 따른 액정 셀의 제조방법에 있어서, 배향 액을 도포하기 전에 기판 상에 O₂ 플라스마 처리를 수행하지 않은 경우(a)와 수행한 경우(b)의 표면 접촉각을 나타낸 것이고,

도 4a 및 도 4b는 실시예 1 및 비교예 1, 비교예 2에서 나타난 폴리이미드 층의 FT-IR 스펙트럼(a: full range, b: V_C-N peak(1380 cm^-1)을 나타낸 것이고,

도 5는 경화시간에 따른 Imidization 정도를 나타낸 그래프이고,

도 6은 실시예 1에 따른 액정 셀의 굽힘 전후의 전압-투과율 그래프를 나타낸 것이고,

도 7은 비교예 1에 따른 액정 셀의 굽힘 전후의 전압-투과율 그래프를 나타낸 것이다.

Claims

상호 대면하는 한 쌍의 기판; 상기 한 쌍의 기판이 일정한 셀 간격으로 상호 이격되도록 상기 기판 사이에 형성되는 스페이서; 상기 한 쌍의 기판 내벽에 각각 형성된 배향 막; 및 상기 기판 사이에 형성된 액정층을 포함하되,

하기 수학식 1로 표시되는 휨지수가 0.01 내지 2가 되도록 굽힘 스트레스를 인가 시, 암 상태 또는 명 상태 중 적어도 하나 이상에서 하기 수학식 2의 조건을 만족시키는 액정 셀:

[수학식 1]

P = l / R

상기 수학식 1에서, 상기 P는 휨지수이고, l은 액정 셀의 길이이며, R은 곡률 반경이고,

[수학식 2]

│T1 - T2 │≤ 10%

상기 수학식 2에서, T1은 굽힘 스트레스 인가 전의 투과율이고, T2는 굽힘 스트레스 인가 후의 투과율이다.
제 1 항에 있어서,

한 쌍의 기판은 플라스틱 기판인 것을 특징으로 하는 액정 셀.
제 2 항에 있어서,

플라스틱 기판은 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르설폰, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 및 폴리카보네이트로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 액정 셀.
제 1 항에 있어서,

휨지수가 0.01 내지 2가 되도록 굽힘 스트레스를 인가 시, 암 상태 및 명 상태에서 하기 수학식 3의 조건을 만족시키는 액정 셀:

[수학식 3]

│T3 - T4│ ≤ 10%

상기 수학식 3에서, T3는 굽힘 스트레스 인가 전의 투과율이고, T4는 굽힘 스트레스 인가 후의 투과율이다.
제 1 항에 있어서,

휨지수가 0.01 내지 2가 되도록 굽힘 스트레스를 인가 시, 콘트라스트 비의 감소율이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 액정 셀.
한 쌍의 기판 내벽에 형성된 배향 액을 1차 경화시키는 제 1 단계;

제 1 단계에서 얻어진 한 쌍의 기판을 합착하는 제 2 단계; 및

상기 1차 경화된 배향 액을 2차 경화시키는 제 3 단계를 포함하는 제 1 항 내지 제 5 항 중 선택된 어느 한 항에 따른 액정 셀의 제조방법.
제 6 항에 있어서,

제 1 단계는, 한 쌍의 기판 사이에 패턴화된 스페이서를 형성하는 단계 (1); 및

상기 단계 (1)에서 스페이서가 형성된 한 쌍의 기판 내벽에 배향 액을 도포하고 1차 경화시키는 단계 (2)를 포함하는 액정 셀의 제조방법.
제 6 항에 있어서,

제 1 단계에서, 1차 경화는 50% 내지 90%의 경화를 수행하는 것을 특징으로 하는 액정 셀의 제조방법.
제 6 항에 있어서,

제 1 단계에서, 1차 경화는 60% 내지 80%의 경화를 수행하는 것을 특징으로 하는 액정 셀의 제조방법.
제 1 항 내지 제 5 항 중 선택된 어느 한 항에 따른 액정 셀; 및

상기 액정 셀의 일면 또는 양면에 접합된 편광판을 구비하는 액정 패널을 포함하는 액정표시장치.