KR101385463B1 - 액정 표시 소자의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 층 구조의 왜곡에 의한 표시 얼룩짐의 발생을 방지하여 넓은 프로세스 윈도우를 확보할 수 있는 강유전성 액정 표시 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

등방상, 카이랄네마틱 또는 콜레스테릭상, 스멕틱 C상의 상계열을 가지는 강유전성 액정을 사용하는 액정 표시 소자의 제조 방법에 있어서, 강유전성 액정의 콘각 및 층의 경사각에 의해 정해지는 평면 내의 층 방향에 따라 상기 스페이서를 기점으로 발생하는 불균일한 표시부인 배향 왜곡 영역을 차광 영역과 중첩되도록 쉬프트한다. 즉, 스페이서를 블랙매트릭스에 의한 차광 영역 내에 형성하고, 배향막의 배향 처리 방향을 왜곡 영역 보상 배향 처리 방향으로 제어함으로써 배향 왜곡 영역은 차광 영역과 중첩되도록 쉬프트된다.

Description

액정 표시 소자의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING LIQUID CRYSTAL DEVICE}

도 1은 본 발명에 따른 강유전성 액정의 스멕틱 C상에서의 콘의 모식도이다.

도 2는 도 1의 콘을 유리 기판면과 평행한 면에 투영했을 때의 모식도이다.

도 3은 종래 액정 표시 소자의 제조 방법에 있어서의 차광 영역, 배향 처리 방향, 스페이서, 배향 왜곡 영역의 관계를 나타내는 도면이다.

도 4는 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제조 방법에 있어서의 차광 영역, 왜곡 영역 보상 배향 처리 방향, 스페이서, 배향 왜곡 영역의 관계를 나타내는 도면이다.

도 5는 본 발명에 따른 강유전성 액정을 사용한 액정 표시 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 6은 도 5에서 계속되는 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 7은 도 6에서 계속되는 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 8은 도 7에서 계속되는 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 9는 도 8에서 계속되는 제조 방법을 설명하기 위한 단면도이다.

도 10은 본 발명을 기초로 이루어진 실험 결과를 설명하기 위한 모식도이다.

도 11은 본 발명을 기초로 이루어진 실험 결과를 설명하기 위한 모식도이다.

도 12는 등방상, 카이랄네마틱 또는 콜레스테릭상, 스멕틱 C상의 상계열을 가지는 강유전성 액정을 설명하기 위한 도면이다.

<도면의 주요부분에 대한 부호의 간단한 설명>

1a,1b : 기판 2 : 배향막

3 : 실런트 4 : 강유전성 액정

20 : 스페이서 A,B,C : 영역

BA : 차광 영역 CRD : 왜곡 영역 보상 배향 처리 방향

DA : 배향 왜곡 영역 LCAD : 액정 배향 방향

RD : 배향 처리 방향 θ1 : 콘각

θ2 : 경사각 θ3 : 외관상의 콘각

본 발명은 액정 표시 소자에 관한 것으로, 특히 고속 응답성을 실현하는 강유전성 액정(Ferroelectric Liquid Crystal)을 사용한 액정 표시 소자의 제조 방법에 관한 것이다.

강유전성 액정 가운데, 등방상, 카이랄네마틱상(콜레스테릭상), 스멕틱 C상의 상계열을 가지는 강유전성 액정은 고온보다 온도가 내려갈 경우 도 12에 도시된 바와 같이 상전이하므로 스멕틱 C상에서는 기판에 투영되는 액정 분자 자신의 투영 성분이 배향 처리 방향과 거의 동일해진다. 또 기판 면에서의 층의 각도는 스멕틱 C상이 되었을 때의 콘 각도와 층의 경사각 및 배향 처리 방향의 각도에 의해 정해진다. 그로 인해, 도 12에 도시된 바와 같이 배향 처리 방향에 대해서 대칭인 2개의 안정된 도메인이 존재한다.

종래, 2개의 안정된 도메인이 존재하는 초기 상태를 모노(mono) 도메인화하기 위해, 카이랄네마틱층(콜레스테릭층)에서 스멕틱 C상으로 전이할 때의 냉각 속도를 컨트롤하거나 DC(직류 전압) 인가하는 등의 특허가 있다(예를 들면 특허 문헌 1 : 특개 2001-264822호 공보, 특허 문헌 2 : 특개 2004-93964호 공보). 또, 셀 내에 격벽을 마련하고 배향을 제어하는 방법도 있다(예를 들면 특허 문헌 3 : 특개평7-318912호 공보).

그러나, 카이랄네마틱상(콜레스테릭상)에서 스멕틱 C상으로 전이하는 온도 부근에서의 냉각 속도, 그 후의 온도 변화에 따른 콘 각도의 변화나 기판의 표면 상태 등에 의해, 기판 평면 내에서의 배향 방향으로 이루어진 층의 경사 방향을 따르는 평균 액정 배열 방향이 정상 영역과는 다른 영역이 스페이서를 기점으로 발생한다.

그러한 영역이 표시 영역 내에 발생하면, 흑상태에서의 휘도가 높아져 콘트라스트가 저하된다. 또한, 그러한 영역이 패널 면내에 불균일하게 발생할 경우에는 화질 불량이 발생된다.

따라서, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 고속 응답성을 실현하는 강유전성 액정을 사용하는 액정 표시 소자에 있어서, 스페이서의 배열과 액정 배향 방향의 제어에 의해 층 구조의 왜곡에 의한 표시 얼룩의 발생을 제거해 넓은 프로세스 윈도우를 확보할 수 있는 강유전성 액정을 사용한 액정 표시 소자의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 등방상, 카이랄네마틱 또는 콜레스테릭상, 스멕틱 C상의 상계열을 가지는 강유전성 액정을 사용하는 본 발명에 따른 액정 표시 소자의 제조 방법은 제1 및 제2 기판 중 어느 한 기판에 형성된 블랙 매트릭스에 의한 차광 영역의 장변인 종방향과 단변인 횡방향 영역의 교점에 스페이서를 형성하는 공정과; 상기 제1 및 제2 기판 중 나머지 기판 및 상기 스페이서가 형성된 기판 중 적어도 어느 한 기판에 배향막을 형성하는 공정과; 상기 배향막에 배향 처리를 하여 완성된 액정 표시 소자에 대해 상기 배향 처리 방향에 대해서 특정의 기울기를 가지며 상기 스페이서의 위치를 기점으로 선 형상으로 나타나는 배향 왜곡 영역이 상기 차광 영역과 중첩되도록 차광 영역의 종방향에 대해서 20도의 기울기를 가지는 왜곡 영역 보상 배향 처리 방향으로 상기 배향 처리를 실시하는 공정과; 상기 스페이서 및 배향막이 안쪽이 되도록 상기 제1 및 제2 기판을 합착하고 그 사이에 상기 강유전성 액정을 충전시켜 봉지하는 공정을 포함하며, 상기 왜곡 영역 보상 배향 처리 방향의 차광 영역에 대한 기울기는 상기 강유전성 액정의 스멕틱 C상이 콘각과, 층의 경사각에 근거하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 본 발명에 따른 강유전성 액정을 사용하는 액정 표시 소자의 제조 방법은 상기 제1 및 제2 기판 중 어느 하나에 배향막을 형성해 상기 왜곡 영역 보상 배향 처리 방향으로 상기 배향막을 배향 처리하는 것을 특징으로 한다 .

또한, 본 발명에 따른 강유전성 액정을 사용하는 액정 표시 소자의 제조 방 법은 상기 제1 및 제2 기판 각각에 배향막을 형성해 상기 기판 각각의 배향막을 상기 왜곡 영역 보상 배향 처리 방향으로 배향 처리하는 것을 특징으로 한다.

삭제

한편, 상기 블랙매트릭스 및 차광 영역은 직각을 이루는 격자 형상을 가지는 것을 특징으로 한다.

상기 기술적 과제 외에 본 발명의 다른 기술적 과제 및 이점들은 첨부 도면을 참조한 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.

이하, 본 발명의 강유전성 액정을 사용한 액정 표시 소자의 제조 방법을 도면에 따라 설명하기로 한다. 먼저, 이 발명의 원리에 대해 설명하기로 한다. 도 1은 강유전성 액정의 스멕틱 C상에서의 콘의 모식도를 나타내는 도면이다. θ1은 콘각, θ2는 콘의 액정표시소자의 유리 기판면과 평행한 면에 대하여 층의 경사각이며, 이들은 강유전성 액정 재료에 의해 정해지는 특성이다. θ3은 콘이 경사각 θ2만큼 경사진 것에 의한 유리 기판면과 평행한 해당면 내에서의 콘각인 외관상의 콘각이다.

도 2은 도 1의 콘을 유리 기판 면과 평행한 면에 투영했을 때의 모식도를 나타낸다. RD는 배향 처리 방향, LCAD는 액정 배향 방향을 나타낸다. 카이랄네마틱상(콜레스테릭상)에서 스멕틱상으로 상전이되도록 상온까지 방치했을 때 기판에서 의 액정 분자 자신의 투영 성분은 배향 처리 방향(RD)과는 약간 어긋난 위치가 된다. 이와 같이, 등방상, 카이랄네마틱상(콜레스테릭상), 스멕틱 C상의 상계열을 가지는 강유전성 액정은 기판 평면 내에서의 배향 처리 방향으로 이루어진 경사각을 가지는 층 구조를 형성한다.

그로 인해 카이랄네마틱상(콜레스테릭상)에서 스멕틱 C상으로의 전이온도 부근에서의 냉각 온도 기울기나, 그 후의 온도 변화에 의해 층을 따라 왜곡이 발생한다. 도 3에서는 블랙매트릭스에 의해 빛이 차폐되는 종방향 영역과 횡방향 영역으로부터 직각을 이루는 격자 형상을 가지는 차광 영역(BA), 배향 처리 방향(RD), 스페이서(20), 배향 왜곡 영역(DA)의 관계를 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이 특히 액정이 충전되는 한 쌍의 기판 사이에 예를 들어 기둥 형상 등의 스페이서(20)가 형성되는 경우, 그 스페이서(20)을 기점으로 액정의 배향 방향이 왜곡되는 배향 왜곡 영역(DA)가 발생한다. 이 배향 왜곡 영역(DA)에서는 평균 액정 배향 방향이 통상 영역과 다르기 때문에 흑휘도가 높아져 콘트라스트가 낮아지거나 발생의 균일도에 따라서는 표시 불량이 발생된다.

본 발명에서는 도 4에 도시된 바와 같이 스페이서(20)를 블랙매트릭스에 의해 광이 차폐되는 차광 영역(BA)의 종방향 영역과 횡방향 영역의 교점에 형성한다. 상술한 기판 평면 내에서의 배향 처리 방향으로 이루어진 층의 경사각을 고려한다. 그 다음, 층의 방향 즉 배향 왜곡 영역(DA)의 방향이 차광 영역(BA)과 평행하고 중첩되도록 왜곡 영역 보상 배향 처리 방향(CRD)으로 배향 처리 방향을 결정해, 배향막의 배향 처리를 실시한다. 한편, 스페이서(20)는 적어도 차광 영역(BA) 내에 형 성되는 것이 바람직하다.

도 5 내지 도 9에는 본 발명에 따른 강유전성 액정을 사용한 액정 표시 소자의 제조 방법을 나타내며, 이하 그 제조 방법으로 설명하기로 한다. 먼저, 표시 제어 부품으로서 데이터 라인이나 게이트 라인 등의 신호 배선, 데이터 라인과 게이트 라인과의 교차부의 TFT나 화소 전극 등(모두 미도시)을 형성한 TFT-어레이 기판, 표시 제어 부품으로서 칼라 필터, 공통 전극, 블랙 매트릭스 등(모두 미도시)을 형성한 칼라 필터 기판으로 이루어진 한 쌍의 유리 기판 각각으로 이루어진 제1 및 제2 기판을 준비한다. 또한, 제1 및 제2 기판에 형성되어 있는 표시 제어 부품은 상기의 것으로 한정되는 것은 아니다.

그리고, 도 5에 도시된 바와 같이, 예를 들면 제1 기판(1a)의 칼라 필터 기판측에 형성된 블랙 매트릭스에 의한 차광 영역(도 4 참조)에 스페이서(20)을 각각 형성한다. 스페이서(20)의 수는 한정되지 않는다. 또, 스페이서(20)의 형상도 기동 모양이나 블록 모양 등으로 한정되지 않는다.

다음에 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 제1 기판(1a)의 스페이서(20)가 형성된 면과 상술한 제2 기판(1b)의 전면에 배향막(2)을 형성한다. 한편 배향막(2)은 이러한 두 면(제1 기판(1a)의 스페이서(20)가 형성된 면과 제2 기판(1b) 전면) 중 어느 한면에 형성하는 것도 가능하다.

다음에 도 7에 도시된 바와 같이, 형성된 배향막(2) 각각은 러빙공정을 통해 배향 처리된다. 이 때 배향 처리는 도 4에 도시된 바와 같이 완성된 액정 표시 소자에 대해 배향 처리 방향에 대해서 특정의 기울기를 가지고 스페이서(20)의 위치 를 기점으로서 선 형상으로 나타나는 배향 왜곡 영역(DA)이 차광 영역(BA)과 중첩되도록 차광 영역(BA)에 대해서 기울기를 가지는 왜곡 영역 보상 배향 처리 방향(CRD)으로 실시한다. 한편, 배향 처리는 러빙에 한정하지 않고, UV광이나 이온 빔의 조사에 의한 배향 처리의 경우에 대해서도, 상술한 왜곡 영역 보상 배향 처리 방향(CRD)과 동일하게 배향 처리를 실시하는 것으로 동일한 효과를 얻을 수 있다.

다음에 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 기판(1a)의 외곽부에 실런트(3)의 재료로서 예를 들면 UV경화재를 도포한다. 또한, 제2 기판(1b)측에 실런트(3)의 재료가 되는 UV경화재를 도포해도 무방하다.

그 후, 도 9에 도시된 바와 같이 스페이서(20) 및 배향막(2)이 안쪽이 되도록 제1 기판(1a) 및 제2 기판(1b)를 합착해 그 사이에 강유전성 액정(4)을 충전하고 UV광을 조사해 UV경화재를 경화시켜 봉지한다.

또, 도 8 및 도 9에 도시된 공정으로서 이하에 나타내는 다른 방법도 있다. 도 8에 도시된 바와 같이, 제1 기판(1a)의 외곽부에 실런트(3)의 재료로서 예를 들면, 열경화재를 도포한다. 또한, 제2 기판(1b)측에 실런트(3)의 재료가 되는 열경화재를 도포해도 무방하다.

이 후, 도 9에 도시된 바와 같이, 스페이서(20) 및 배향막(2)이 안쪽이 되도록 제1 기판(1a)과 제2 기판(1b)을 얼라인하고 실런트를 열경화시킨 후에 강유전성 액정(4)을 충전한다. 그런 다음, 강유전성 액정(4)을 충전한 주입구(미도시)에 UV경화형의 봉지재를 도포한 후, 봉지재에 UV광을 조사해 봉지재를 경화시켜 봉지한다.

또, 상술한 것을 고려해, 이하와 같은 실험을 실시했다. 한 쌍의 기판 중 어느 한 기판에 감광성 수지로 이루어진 기동 형상의 스페이서를 형성한다. 그리고 양쪽 기판 각각의 전면에 폴리이미드막으로 이루어진 배향막을 형성한다. 이 후, 칼라 필터 기판 측에 형성되어 있는 블랙 매트릭스에 의한 차광 영역과 평행한 방향으로 러빙함으로써 배향 처리를 실시한다. 다음에 한 쌍의 기판 중 어느 한 기판의 외곽부에 실런트로서 열경화재를 도포한 후, 배향 방향이 역평행(antiparallel : 방향이 역으로 평행)이 되도록 2매의 기판을 실런트로 열경화하여 합착한다. 이 후, 2매의 기판 사이에 상온에서의 콘각이 약 55도인 강유전성 액정을 충전하고, UV 경화로 봉지해 셀을 제작한다.

제작된 셀은 약 70도까지 과열된 후, 약 2.5℃/min의 냉각속도로 55도까지 냉각된 다음, 자연 냉각에서 실온까지 회복된다. 냉각 도중, 카이랄네마틱상과 스멕틱 C상의 상전이 온도의 ±5도의 범위에서 직류 전류(DC)을 인가한다. 이 때, 패널의 일부에 도 10에 도시된 바와 같이 기둥 형상의 스페이서(20)를 기점으로 하는 배향 왜곡 영역(DA)이 발생하며, 그 배향 왜곡 영역(DA)은 기판 평면 내에서의 배향 처리 방향(RD)과 약 70도 차이가 나며, 그 차이값은 콘각 55도, 층의 경사각을 14도로 한 값과 거의 동일한 값을 나타낸다. 또 액정의 평균적인 배향 방향을 측정한 결과, 도 10의 영역 A에서는 러빙 방향으로부터 3.3도, 영역 B에서는 2.3도, 영역 C에서는 4.3도로 차이가 발생되어 영역 B,C에서의 액정 배향 방향은 기둥 형상의 스페이서(20)의 측면에서의 액정 배향 방향이 영향을 주고 있다고 생각할 수 있다.

더욱이, 파장 546nm를 사용하는 측정기로 콘트라스트를 측정한 결과, 영역 A만 콘트라스트는 661이고, 영역 B,C를 포함한 범위에서의 콘트라스트는 261이었다. 이 원인은 영역 B,C에서의 평균 액정의 배향 방향이 영역 A와 경사져 있기 때문에 흑휘도가 저하되지 않게 되어 있는(휘도가 설계치까지 내려가지 않는다) 것과 B영역에서의 액정의 배향성이 다른 영역과 비교해 나쁘기 때문이다.

본 발명에 의한 강유전성 액정을 사용한 액정 표시 소자의 제조 방법에서는 기판에 형성된 배향막의 배향 처리시 배향 처리 방향을 종래의 블랙매트릭스에 의해 빛이 차폐되는 차광 영역과 평행한 배향 처리 방향으로 회전시키므로 스페이서를 기점으로 발생하는 배향 왜곡 영역이 차광 영역과 중첩되도록 한다.

상기로부터, 도 10에 도시된 바와 같이 종래의 차광 영역에 평행한 러빙 방향(배향 처리 방향)으로부터 왜곡 영역 보상 배향 처리 방향(CRD)으로 도 11에 도시된 바와 같이 20도 회전 방향 러빙하면, 도 11에 도시된 바와 같은 스페이서를 기점으로 발생하는 배향 왜곡 영역이 차광 영역과 중첩되는 배향 상태를 얻을 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명에서는 강유전성 액정의 콘각 및 층의 경사각에 의해 정해지는 평면 내의 층 방향을 따라 스페이서를 기점으로 발생하는 불균일한 표시부인 배향 왜곡 영역을 차광 영역으로 쉬프트시키는 것이다. 즉, 본 발명에서는 스페이서의 배치와 액정의 배향 방향을 제어하여 배향 왜곡 영역을 차광 영역으로 쉬프트시킨다. 이에 따라, 본 발명은 콘트라스트의 향상 및 고화질화를 실현 해, 한층 더 넓은 프로세스 윈도우를 확보할 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (5)

1. 등방상, 카이랄네마틱 또는 콜레스테릭상, 스멕틱 C상의 상계열을 가지는 강유전성 액정을 사용한 액정 표시 소자의 제조 방법에 있어서,

   제1 및 제2 기판 중 어느 한 기판에 형성된 블랙 매트릭스에 의한 차광 영역의 장변인 종방향과 단변인 횡방향 영역의 교점에 스페이서를 형성하는 공정과;

   상기 제1 및 제2 기판 중 나머지 기판 및 상기 스페이서가 형성된 기판 중 적어도 어느 한 기판에 배향막을 형성하는 공정과;

   상기 배향막에 배향 처리를 하여 완성된 액정 표시 소자에 대해 상기 배향 처리 방향에 대해서 특정의 기울기를 가지며 상기 스페이서의 위치를 기점으로 선 형상으로 나타나는 배향 왜곡 영역이 상기 차광 영역과 중첩되도록 상기 차광 영역의 종방향에 대해서 20도의 기울기를 가지는 왜곡 영역 보상 배향 처리 방향으로 상기 배향 처리를 실시하는 공정과;

   상기 스페이서 및 배향막이 안쪽이 되도록 상기 제1 및 제2 기판을 합착하고 그 사이에 상기 강유전성 액정을 충전시켜 봉지하는 공정을 포함하며,

   상기 왜곡 영역 보상 배향 처리 방향의 차광 영역에 대한 기울기는 상기 강유전성 액정의 스멕틱 C상이 콘각과, 층의 경사각에 근거하는 것을 특징으로 하는 강유전성 액정을 사용하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 기판 중 어느 하나에 배향막을 형성해 상기 왜곡 영역 보상 배향 처리 방향으로 상기 배향막을 배향 처리하는 것을 특징으로 하는 강유전성 액 정을 사용하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 제1 및 제2 기판 각각에 배향막을 형성해 상기 기판 각각의 배향막을 상기 왜곡 영역 보상 배향 처리 방향으로 배향 처리하는 것을 특징으로 하는 강유전성 액정을 사용하는 액정 표시 소자의 제조 방법.
4. 삭제
5. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 블랙매트릭스 및 차광 영역은 직각을 이루는 격자 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 액정 표시 소자의 제조 방법.

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