KR101392219B1 - 편광 펄스 ｕｖ를 이용한 광배향 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 배향막에 편광 펄스 UV를 조사하여 광배향층을 형성하는 편광 펄스 UV를 이용한 광배향 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 의하면 (a) 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 기판 상에 광반응제를 도포하여 광반응층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 광반응층에 편광 펄스 UV를 조사하여 광배향층을 형성하는 단계를 포함하는 편광 펄스 UV를 이용한 광배향 방법이 제공된다.

Description

편광 펄스 ＵＶ를 이용한 광배향 방법{Method of photo alignment using polarized pulse ＵＶ}
본 발명은 광배향 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 배향막에 편광 펄스 UV를 조사하여 광배향층을 형성하는 편광 펄스 UV를 이용한 광배향 방법에 관한 것이다.
액정 패널 제조 기술의 진보에 따라, 액정 표시 소자는 광정보 처리 분야에서 널리 이용되고 있다.
종래의 경우, 중소형 디스플레이에서 응용되고 있는 액정 표시 소자로서 TN(Twisted Nematic) 표시 방법이 가장 많이 응용되고 있는데, 이는 두 기판에 각각 전극을 설치하고 액정 방향자가 90도 트위스트 되도록 배열한 다음, 전극에 전압을 가하여 액정 방향자를 구동하는 기술이다.
TN 방식 액정표시소자는 우수한 콘트라스트(contrast)와 색상 재현성을 제공하는데, 그 중에서도 전계가 인가되지 않은 상태에서 액정 분자의 장축을 상하 표시판에 대하여 수직을 이루도록 배열한 수직 배향(VA; Vertical alignment) 모드 액정표시소자는 대비비가 커서 각광받고 있다. 그러나, TN 방식 액정표시소자는 시야각이 좁다는 문제를 안고 있다.
이러한 TN 방식의 시야각 문제를 해결하기 위하여, 수직 배향 모드의 액정 표시 장치에 절개부를 적용한 PVA 모드(Patterned Verticlally Aligned Mode)와, 하나의 기판 상에 두 개의 전극을 형성하고, 두 전극 사이에서 발생하는 횡전계로 액정의 방향자를 조절하는 IPS 모드(In-Plane Switching Mode)가 도입되었다.
이후에는, 상기 IPS 모드의 낮은 개구율 및 투과율을 향상시키기 위해서, 상대전극과 화소전극을 투명전도체로 형성하면서 상대전극과 화소전극 사이의 간격을 좁게 형성하여, 상기 상대전극과 화소전극 사이에서 형성되는 프린지 필드에 의해 액정분자를 동작시키는 FFS 모드(Fringe Field Switching Mode)가 대두되었다.
한편, FFS 모드의 광효율이 TN 모드에 미치지 못하는 문제점을 해결하기 위해 FIS 모드가 개발되었는데, 종래의 FFS 모드에서 화소 전극 간의 낮은 투과율을 향상시킬 수 있을 뿐 아니라, 두 개의 박막 트랜지스터를 통한 전압 인가 방식으로 저전압 구동이 가능한 액정표시소자를 이룰 수 있다.
또한, 이들 각각의 모드는 고유한 액정 배열과 광학 이방성을 갖고 있다. 따라서, 이들 액정 모드의 광학 이방성으로 인한 위상차를 보상하기 위해서는 각각의 모드에 대응하는 광학 이방성의 광 위상차 필름이 요구된다. 광 위상차 필름은 LCD의 색보상 필름으로서 개발되었으나, 최근에는 고파장 분산화, 광시야각화, 온도보상, 고위상차값 필름 등 보다 다양한 기능이 요구되고 있다.
액정 표시 장치의 경우, 미리 제어된 액정 분자의 배향을 전계를 인가시키는 것에 의해 다른 배향 상태로 변화시키고, 투과하는 빛의 편광방향이나 편광상태를 변화시키며, 이 변화를 편광판 등으로 명암의 콘트라스트로 변화시켜 표시하는 것이 일반적이다.
액정을 배향시키는 통상적인 방법으로, 유리 등의 기판에 폴리이미드와 같은 고분자 막을 도포하고, 이 표면을 나일론이나 폴리에스테르 같은 섬유로 일정한 방향으로 문지르는 접촉식 러빙 방법을 이용하고 있다. 상기와 같은 접촉식 러빙 방법에 의한 액정 배향은 간단하면서도 안정적인 액정의 배향 성능을 얻을 수 있다는 장점이 있으나, 섬유질과 고분자막이 마찰될 때 미세한 먼지나 정전기(electrostatic discharge; ESD)가 발생하여 기판이 손상될 수 있고, 공정시간의 증가 및 유리의 대형화로 인해 롤(roll)이 대형화됨에 따라, 러빙 강도(rubbing strength)의 불균일 등 공정상의 어려움으로 액정 패널 제조시 심각한 문제점을 야기시킬 수 있다.
상기와 같은 접촉식 러빙 방법의 문제점을 해결하기 위해, 새로운 방법의 비접촉식 배향막의 제조에 대한 연구가 활발하게 이루어지고 있다. 비접촉식 배향막의 제조방법으로는 광배향법, 에너지빔 배향법, 증기증착 배향법, 리쏘그래피를 이용한 식각법 등이 있다.
특히 광배향법이란, 선편광된 UV에 의해서 광반응성 고분자에 결합된 광반응 물질이 광반응(광이성화, 광이량화, 광분해)을 일으켜 일정한 배열을 하게 됨으로써 결국 액정이 배향되는 메커니즘을 말한다.
이를 위해서는 선편광 자외선을 조사할 때, 광반응성 물질이 편광방향에 따라 일정한 방향과 각도로 배열되는 특성이 있어야 하며, 반응성 액정과의 상호작용에 의해 액정배향이 잘 이루어지도록 반응성 액정과의 매칭이 잘 이루어져야 한다. 특히 광배향막을 형성하는 광배향 물질은 인쇄성, 배향안정성, 열안정성 등의 물성이 좋아야 한다.
자외선 조사에 의한 광 반응으로는 신나메이트, 쿠마린, 샬콘, 스틸벤, 디아조 등의 광 중합(광이량화) 반응, 시스-트랜스 이성질화의 광 이성화 반응, 및 분해의 분자사슬 절단 등이 이미 알려져 있다. 이러한 자외선에 의한 분자 광 반응을 적절한 배향막 분자의 설계와 자외선 조사 조건의 최적화를 통해서 자외선 조사에 의한 액정 배향에 응용한 사례들이 있다.
예를 들어, 대한민국 등록특허공보 제10-0423213호(특허문헌 1)에서는, 러빙 처리를 실시하지 않고, 직선 편광된 자외선 조사에 의해 액정 배향능을 부여하는 것을 특징으로 하는 액정 배향막의 제조방법 및 그 액정 배향막을 갖는 액정 표시 소자를 개시하고 있다. 이러한 광배향법 관련 특허는 특히, LCD 산업과 관련이 있는 일본, 한국, 유럽, 미국 등에서 다수 출원되고 있는 실정이다. 그러나, 초기 아이디어가 도출된 이후, 일부 양산중이기는 하나 산업계 전반적으로 널리 적용되지는 못하고 있다.
이는 상기 광 반응으로 단순한 액정 배향을 유도하는 것은 가능하나, 외부의 열, 빛, 물리적인 충격 및 화학적인 충격 등의 측면에서 안정적인 배향 특성을 유지하거나 제공하지 못하기 때문이다. 즉, 광배향법은 러빙 방법에 비해 생산성 또는 신뢰성이 낮다. 이러한 문제점의 주요 원인으로는 러빙 방법에 비해 낮은 배향 규제력(anchoring energy), 낮은 액정의 배향 안정성 등이 있다.
KR 10-0423213 B1 (2004.03.04 등록)
본 발명은 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 편광 펄스 UV를 이용하여 광배향 공정시간을 단축시킴으로써, 생산성 및 광배향의 효율성 극대화가 가능한 펄스 UV를 이용한 광배향 방법의 제공을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 의하면, (a) 기판을 준비하는 단계; (b) 상기 기판 상에 광반응제를 도포하여 광반응층을 형성하는 단계; 및 (c) 상기 광반응층에 편광 펄스 UV를 조사하여 광배향층을 형성하는 단계를 포함하는 편광 펄스 UV를 이용한 광배향 방법이 제공된다.
이때, 상기 편광 펄스 UV는 0.1mJ/pulse ~ 500J/pulse 에너지를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 편광 펄스 UV는 1Hz ~ 60Hz로 조사되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 편광 펄스 UV의 플래시 전압은 1kV ~ 4kV인 것이 바람직하다.
또한, 상기 편광 펄스 UV에 의한 노광시간은 0.1초 ~ 10.0초인 것이 바람직하다.
아울러, 상기 편광 펄스 UV에 의한 노광거리는 0.5cm ~ 10.0cm인 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 편광 펄스 UV를 이용한 광배향 방법에 의하면, 편광된 펄스 UV를 이용하여 노광 공정에 의한 광배향층 형성 시간 단축과 소요 에너지 절감이 가능하므로, 생산성 향상 및 대량 생산이 용이한 효과가 있다.
아울러, 편광된 펄스 UV를 이용하기 때문에, 광배향층이 배향성 및 배향 안정성을 가져 우수한 위상차 능력을 갖도록 할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 펄스 UV를 이용한 광배향 방법의 순서도.
도 2는 일반 UV와 펄스 UV의 피크 파워를 비교한 그래프.
도 3은 일반 UV와 펄스 UV의 노광시간에 따른 편광 광학 현미경 사진.
도 4는 일반 UV와 펄스 UV의 노광시간에 따른 광배향층의 미배향 분포도를 비교한 그래프.
도 5는 일반 UV와 펄스 UV의 노광시간에 따른 광배향층의 위상차 변화를 비교한 그래프.
도 6은 편광 펄스 UV의 노광거리에 따른 편광 광학 현미경 사진.
도 7은 편광 펄스 UV의 노광거리에 따른 광배향층의 미배향 분포도를 나타낸 그래프.
도 8은 편광 펄스 UV의 노광거리에 따른 광배향층의 위상차 변화를 나타낸 그래프.
도 9는 노광거리 1.5cm에서 펄스 UV의 플래시 전압별, 주파수별 편광 광학 현미경 사진.
도 10은 노광거리 1.5cm에서 펄스 UV의 플래시 전압별, 주파수별 광배향층의 미배향 분포도를 나타낸 그래프.
도 11은 노광거리 1.5cm에서 펄스 UV의 플래시 전압별, 주파수별 광배향층의 위상차 변화를 비교한 그래프.
도 12는 노광거리 7.0cm에서 펄스 UV의 플래시 전압별, 주파수별 편광 광학 현미경 사진.
도 13은 노광거리 7.0cm에서 펄스 UV의 플래시 전압별, 주파수별 광배향층의 미배향 분포도를 나타낸 그래프.
도 14는 노광거리 7.0cm에서 펄스 UV의 플래시 전압별, 주파수별 광배향층의 위상차 변화를 비교한 그래프.
도 15는 일반 UV와 펄스 UV의 노광시간에 따른 프리틸트각을 비교한 그래프.
이하, 본 발명인 편광 펄스 UV를 이용한 광배향 방법의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 이 과정에서 도면에 도시된 선들의 두께나 구성요소의 크기 등은 설명의 명료성과 편의상 과장되게 도시되어 있을 수 있다.
또한, 후술되는 용어들은 본 발명에서의 기능을 고려하여 정의된 용어들로서 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례에 따라 달라질 수 있다. 그러므로, 이러한 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 하여 내려져야 할 것이다.
아울러, 아래의 실시예는 본 발명의 권리범위를 한정하는 것이 아니라 본 발명의 청구범위에 제시된 구성요소의 예시적인 사항에 불과하며, 본 발명의 명세서 전반에 걸친 기술사상에 포함되고 청구범위의 구성요소에서 균등물로서 치환 가능한 구성요소를 포함하는 실시예는 본 발명의 권리범위에 포함될 수 있다.
실시예
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 펄스 UV를 이용한 광배향 방법의 순서도이다. 이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 편광 펄스 UV를 이용한 광배향 방법을 설명하기로 한다.
기판을 준비하는 단계( S10 ):
표면에 광배향층을 형성하기 위한 기판을 준비한다. 기판은 필요에 따라 다양한 규격으로 선택될 수 있으며, 유리(glass) 기판, 필름, 플렉서블 기판 등 투명한 절연기판으로 이루어진다. 이때, 필름은 TAC(tri-acetate cellulose), COP(cyclo olefin polymer), COC(cyclic olefin copolymer), PVA(poly vinyl alcohol), PC(poly carbonate), PMMA(poly methyl methacrylate), PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalate), PES(polyethersulfone), PS(polystyrene), PI(poly imide), 폴리아릴레이트(polyarylate), PEEK(polyetheretherketon) 중 어느 하나로 이루어질 수 있다.
기판 상에 광반응층을 형성하는 단계( S20 ):
준비된 기판의 표면에 광반응제를 도포하여 배향막인 광반응층을 형성한다. 여기서, 광반응제는 예를 들어 신나메이트(cinnamate), 샬콘, 쿠말린, 스틸벤, 디아조 등의 광 반응을 포함하는 폴리이미드(polyimide), 폴리비닐(polyvinyl), 폴리실록산(polysiloxane), 폴리아크릴(polyacryl)계 물질로 이루어질 수 있다.
광반응층에 편광 펄스 UV 를 조사하여 광배향층을 형성하는 단계( S30 ):
기판 상에 형성된 광반응층에 편광 펄스 UV를 조사하여(S31), 프리틸트각(pretilt angle)을 가진 광배향층을 형성한다(S32).
종래의 광배향법에서는 일정한 에너지를 가진 UV(Ultra Violet; 자외선)가 일정 시간 동안 계속 조사되는 방법을 취하였으나, 본 발명에서는 펄스(pulse) 형태로 고에너지를 가지는 UV가 조사된다. 이러한 펄스 UV는 매우 짧은 시간만 조사되며, 상대적으로 긴 시간 동안 냉각된다. 즉, 듀티 사이클(duty cycle; 펄스가 켜져 있는 시간 / 펄스가 반복되는 총 시간 × 100(%))이 1% 미만의 매우 작은 값을 가지므로, 전체적으로 UV 조사시간이 짧고 냉각시간이 길며, 따라서 펄스 UV 조사 공정 중에 열이 발생하지 않는 장점이 있다.
도 2는 일반 UV와 펄스 UV가 1200 Watt-seconds의 동일한 에너지로 조사될 때의 피크 파워 및 조사시간을 비교하고 있다.
10Watts의 피크 파워(peak power)를 가진 일반 UV의 경우 120초 동안 조사되는 반면에, 펄스 폭(pulse width)이 1밀리초(milisecond)이고 100,000Watts의 피크 파워를 가진 펄스 UV는 12초 동안 12개의 펄스(멀티플 펄스)로 조사되고, 펄스 폭이 3밀리초이고 400,000Watts의 피크 파워를 가진 펄스 UV는 하나(싱글 펄스)의 펄스로 조사된다. 즉, 일반 UV에 비해 펄스 UV는 극히 짧은 시간에 동일한 에너지를 조사할 수 있는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 편광 펄스 UV는 펄스 폭 20 마이크로초 이하, 초당 1~60Hz의 파형으로 0.1mJ/pulse ~ 500J/pulse로 조사될 수 있으며, 따라서 광배향시 광 조사시간의 단축에 의한 공정시간의 단축과, 이로 인한 생산성 향상의 효과가 있다. 이때, 편광 펄스 UV의 플래시 전압은 1kV ~ 4kV이고, 노광시간은 0.1초 ~ 10.0초인 것이 바람직하다.
한편, 발광 램프는 대상체의 표면과 거리가 멀어질수록, 램프 중심부와 대응하는 지점의 광도와 그 주변부의 광도차가 더 심하게 나타난다. 따라서, 광배향시 UV램프로부터 발산되는 UV광의 광도와 균일도는 기판과 가까울수록 우수하지만, 종래의 경우에는 기판이 직접적으로 받는 열 변형 때문에 최소한의 노광거리를 유지하여야 하였다. 일반적으로는 10~15cm 정도의 노광거리를 확보하게 되는데, 이 경우 기판에 조사되는 UV광의 중심부와 주변부의 균일도는 약 30% 정도의 차이를 보이게 된다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따라 펄스 UV를 조사하는 경우에는, 열 발생이 거의 미미하므로 기판 표면에 열적인 영향을 주지 않게 되며, 따라서 최대한 기판의 표면에 근접하여 펄스 UV를 조사함으로써 UV광의 균일도를 거의 100% 수준으로 유지할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 의하면, 편광 펄스 UV의 노광거리는 0.5cm ~ 10.0cm 인 것이 바람직하다.
또한, 편광 펄스 UV는 초단시간에 순간적인 펄스파를 조사하므로, 광배향시 강한 침투력을 갖는다. 그 결과, 편광 펄스 UV는 광반응층이 두꺼운 후막(tick layer)도 고르게 광배향시킬 수 있다.
비용적인 측면에서는, 편광 펄스 UV 램프에 의할 경우 종래의 아크방전 UV 램프를 사용하는 경우보다 전력 사용량을 80% 이상 저감시킬 수 있다. 편광 펄스 UV는 순간적인 UV 에너지를 사용하기 때문에 전력 사용량이 줄어들게 되기 때문이다.
게다가, 편광 펄스 UV는 순간적인 ON/OFF 기능이 가능하여, 공정 흐름상 UV 조사가 불필요할 경우 UV 램프를 OFF할 수 있으므로, 에너지 절감 효과가 있으며 셔터와 같은 별도의 개폐장치를 필요로 하지 않는다. 아울러, 종래의 일반 UV를 이용한 광배향시 사용되는 콜드미러, 핫미러 등의 소모품 교체 비용이 들지 않게 되기 때문에 경제적인 측면에서도 장점이 있다.
일반 편광 UV 와 편광 펄스 UV 사용시 노광시간에 따른 배향성 비교
일반 UV를 조사하여 광배향층을 형성하는 경우와 펄스 UV를 조사하여 광배향층을 형성하는 경우에 있어서, 각각의 노광시간에 따른 배향성을 비교하기 위해, 아래와 같이 액정 셀을 제작하여 이용하였다.
먼저, 기판으로는 유리(glass) 기판 또는 트리아세테이트(TAC) 기판을 사용하였으며, 광배향 물질을 1% MEK/톨루엔(toluene) 유기용제에 녹인 광반응제를 기판 상에 도포하여 광반응층을 형성시켰다.
이후, 일반 편광 UV와 편광 펄스 UV를 각각 0.1초 ~ 0.4초 동안 노광거리 7cm로 광반응층에 조사하여 기판 상에 광배향층을 형성시켰으며, 반응성 액정을 12% 톨루엔 유기용제에 녹여 도포 및 건조하였다.
이때, 일반 편광 UV는 10.5mW/㎠의 파워 밀도(power density)로 조사되었으며, 편광 펄스 UV는 플래시 전압 3kV, 주파수 50Hz로 조사되었다.
도 3은 일반 UV와 펄스 UV의 노광시간에 따른 편광 광학 현미경(POM; Polarized Optical Microscopes) 사진이고, 도 4는 일반 UV와 펄스 UV의 노광시간에 따른 광배향층의 미배향 분포도를 비교한 그래프이며, 도 5는 일반 UV와 펄스 UV의 노광시간에 따른 광배향층의 위상차 변화를 비교한 그래프이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 일반 편광 UV를 조사한 경우와 편광 펄스 UV를 조사한 경우 모두 노광시간이 증가할수록 미배향 분포도가 감소하여 블랙 이미지(black image)와 화이트 이미지(white image)가 선명하게 나타났다.
다만, 도 4에 도시된 바와 같이, 일반 편광 UV를 조사한 경우에는 노광시간이 0.4초에 이르러서야 미배향 분포도가 1% 이하로 떨어지는 반면에, 편광 펄스 UV를 조사한 경우에는 0.2초의 노광시간에서도 미배향 분포도가 1% 이하로 떨어지며, 이때 도 3에 도시된 바와 같이 블랙 이미지와 화이트 이미지가 선명하게 나타났다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따라 편광 펄스 UV를 조사하여 광배향층을 형성하는 경우, 광배향 속도의 향상에 의해 광배향 공정 시간을 약 50% 단축하는 효과가 있음을 알 수 있다.
또한, 일반 편광 UV에 의하면 미배향 분포도가 1% 이하로 나타날 때까지 0.4초 동안 노광 에너지가 5.0mJ/㎠ 소요된 반면에, 본 발명의 일 실시예에 따라 편광 펄스 UV를 조사하여 광배향층을 형성하는 경우에는 0.2초 동안 3.2mJ/㎠의 노광 에너지가 소요되었으며, 따라서 본 발명의 일 실시예에 의할 경우, 종래에 비해 약 36%의 노광 에너지 절감 효과를 볼 수 있다.
아울러, 도 5는 일반 편광 UV를 사용하는 경우에 비해, 편광 펄스 UV를 사용할 때 더욱 빠른 시간 내에 위상차가 일정 범위(예컨대, 125nm±10nm)로 수렴하는 것을 보여주고 있는데, 이는 더 단시간에 배향이 이루어짐을 가리킨다.
편광 펄스 UV 사용시 노광거리에 따른 배향성 비교
편광 펄스 UV를 조사하여 광배향층을 형성하는 경우에 있어서, 노광거리에 따른 배향성을 비교하기 위해, 아래와 같이 액정 셀을 제작하여 이용하였다.
먼저, 기판으로는 유리(glass) 기판 또는 트리아세테이트(TAC) 기판을 사용하였으며, 광배향 물질을 1% MEK/톨루엔(toluene) 유기용제에 녹인 광반응제를 기판 상에 도포하여 광반응층을 형성시켰다.
이후, 노광거리를 각각 1.5cm, 3cm, 4cm, 7cm로 달리하면서, 노광시간 0.1초의 가혹조건으로 편광 펄스 UV를 광반응층에 조사하여 광배향층을 형성시켰으며, 반응성 액정을 12% 톨루엔 유기용제에 녹여 도포 및 건조하였다.
이때, 편광 펄스 UV는 플래시 전압 3kV, 주파수 50Hz로 조사되었다.
도 6은 편광 펄스 UV의 노광거리에 따른 편광 광학 현미경 사진이고, 도 7은 편광 펄스 UV의 노광거리에 따른 광배향층의 미배향 분포도를 나타낸 그래프이다.
도 6과 도 7에 도시된 바와 같이, 편광 펄스 UV를 조사하는 UV 램프와 노광면(광반응층) 사이의 노광거리가 가까울수록 미배향 분포도가 작고 블랙 이미지와 화이트 이미지가 선명하게 나타났다. 반면에, 노광거리가 멀수록 미배향 분포도가 증가하면서 블랙 이미지와 화이트 이미지의 선명도가 감소하게 되는데, 노광거리가 7cm를 초과하는 경우에는 노광거리 증가에 따른 미배향 분포도의 변화가 미미하였다.
도 8은 편광 펄스 UV의 노광거리에 따른 광배향층의 위상차 변화를 나타낸 그래프이며, 노광거리의 증가에 따라 위상차가 일정 기울기로 감소함을 볼 수 있다.
편광 펄스 UV 사용시 플래시 전압별, 주파수별 배향성 비교
편광 펄스 UV를 조사하여 광배향층을 형성하는 경우에 있어서, 편광 펄스 UV광의 플래시 전압별, 주파수별 배향성을 비교하기 위해, 아래와 같이 액정 셀을 제작하여 이용하였다.
먼저, 기판으로는 유리(glass) 기판 또는 트리아세테이트(TAC) 기판을 사용하였으며, 광배향 물질을 1% MEK/톨루엔(toluene) 유기용제에 녹인 광반응제를 기판 상에 도포하여 광반응층을 형성시켰다.
이후, 편광 펄스 UV를 노광시간 0.2초, 노광거리 1.5cm로 광반응층에 조사하여 광배향층을 형성시켰으며, 반응성 액정을 12% 톨루엔 유기용제에 녹여 도포 및 건조하였다. 이때, 편광 펄스 UV의 플래시 전압을 2.0kV, 2.5kV, 3.0kV로 각각 설정하였으며, 각각의 플래시 전압에서 1Hz, 20Hz, 30Hz, 40Hz, 50Hz 주파수의 편광 펄스 UV를 조사하였다.
도 9는 노광거리 1.5cm에서 펄스 UV의 플래시 전압별, 주파수별 편광 광학 현미경 사진이고, 도 10은 노광거리 1.5cm에서 펄스 UV의 플래시 전압별, 주파수별 광배향층의 미배향 분포도를 나타낸 그래프이며, 도 11은 노광거리 1..5cm에서 펄스 UV의 플래시 전압별, 주파수별 광배향층의 위상차 변화를 비교한 그래프이다.
도 9와 도 10은 편광 펄스 UV의 주파수가 증가할수록, 그리고 편광 펄스 UV의 플래시 전압이 증가할수록, 미배향 분포도가 감소하여 블랙 이미지(black image)가 선명하게 나타남을 보여주고 있다.
또한, 도 11은 편광 펄스 UV의 플래시 전압이 증가할수록 더욱 낮은 주파수에서 배향이 이루어질 수 있음을 보여주고 있다.
특히, 편광 펄스 UV의 주파수가 40Hz 이상일 때에는 플래시 전압 2.0kV에서도 미배향 분포도가 1% 이하로 나타났으며, 플래시 전압이 3kV인 경우에는 주파수 20Hz에서 미배향 분포도가 1% 이하로 나타났다. 즉, 편광 펄스 UV의 플래시 전압이 3kV인 경우에는 주파수 20Hz에서 최적의 블랙 이미지가 구현되고 미배향 분포도가 최소였으며, 편광 펄스 UV의 플래시 전압이 2.0kV, 2.5kV일 때에는 주파수 40Hz에서 최적의 블랙 이미지 구현과 미배향 분포도 최소를 나타내었다.
한편, 도 12는 노광거리 7.0cm에서 펄스 UV의 플래시 전압별, 주파수별 편광 광학 현미경 사진이고, 도 13은 노광거리 7.0cm에서 펄스 UV의 플래시 전압별, 주파수별 광배향층의 미배향 분포도를 나타낸 그래프이며, 도 14는 노광거리 7.0cm에서 펄스 UV의 플래시 전압별, 주파수별 광배향층의 위상차 변화를 비교한 그래프이다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 노광거리를 1.5cm에서 7.0cm로 증가시킨 경우, 편광 펄스 UV의 플래시 전압이 3kV일 때에는 주파수 20Hz에서, 그리고 플래시 전압이 2.5kV일 때에는 주파수 40Hz에서 최적의 블랙 이미지가 구현됨을 확인할 수 있다. 아울러, 노광거리를 7cm로 하는 경우, 노광거리 1.5cm인 전술한 실험예에 비해 미배향 분포도가 전체적으로 증가하는 결과를 보이고 있는데, 이는 노광거리 증가에 따른 액정 셀 외곽부의 빛샘 현상 증가에 기인한다.
일반 편광 UV 와 편광 펄스 UV 사용시 프리틸트각 ( pretilt angle ) 비교
일반 UV를 조사하여 광배향층을 형성하는 경우와 펄스 UV를 조사하여 광배향층을 형성하는 경우에 있어서, 각각의 노광시간에 따른 프리틸트각을 비교하기 위해, 아래와 같이 액정 셀을 제작하여 이용하였다.
먼저, 기판으로는 유리(glass) 기판 또는 트리아세테이트(TAC) 기판을 사용하였으며, 광배향 물질을 1% MEK/톨루엔(toluene) 유기용제에 녹인 광반응제를 기판 상에 도포하여 광반응층을 형성시켰다.
이후, 일반 편광 UV와 편광 펄스 UV를 각각 0.1초 ~ 0.4초 동안 노광거리 7cm로 광반응층에 조사하여 광배향층을 형성시켰으며, 액정층은 트위스트 네마틱(TN; Twisted Nematic) 액정으로 형성하였다.
이때, 일반 편광 UV는 10.5mW/㎠의 파워 밀도(power density)로 조사되었으며, 편광 펄스 UV는 플래시 전압 3kV, 주파수 50Hz로 조사되었다.
도 15는 일반 편광 UV와 펄스 편광 UV의 노광시간에 따른 프리틸트각을 비교한 그래프이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 일반 편광 UV를 조사한 경우와 편광 펄스 UV를 조사한 경우 모두, 노광시간의 증가에 따라 프리틸트각이 감소하는 경향을 보이고 있다.
다만, 편광 펄스 UV에 의해 노광한 경우, 일반 편광 UV에 의해 노광한 경우보다 프리틸트각이 더 낮게 나타나며, 편광 펄스 UV에 의한 경우 노광시간 0.2초를 지나면서 프리틸트각이 일정값으로 수렴하여 배향이 이루어짐을 나타내고 있는 반면에, 일반 편광 UV에 의한 경우에는 노광시간 0.4초를 지나면서 배향이 이루어짐을 나타내고 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따라 편광 펄스 UV를 사용하는 경우, 더욱 적은 에너지로 우수한 수평 배향을 구현할 수 있음을 알 수 있다.
한편, 상술한 바와 같은 편광 펄스 UV를 이용한 광배향 방법에 의해, 다양한 어플리케이션(application)이 제조될 수 있다. 예를 들어, 기판 상에 형성된 광반응층에 편광 펄스 UV를 조사함으로써, 적어도 하나의 방향으로 광배향된 광배향막을 얻을 수 있으며, 특히 포토마스크(photo-mask)를 이용함으로써, 서로 다른 방향으로 광배향된 2개의 도메인(domain)이 교대로 연속되는 광배향막을 가진 필름 타입의 패턴드 리타더(FPR; Film-type Patterned Retarder)가 제조될 수 있다. 또한, 이러한 광배향막을 포함하는 액정 디스플레이가 제조될 수 있다.
아울러, 편광 펄스 UV 조사에 의해 형성된 광배향막을 가진 광학필름(예컨대, λ/4 또는 λ/2 위상차 필름, 편광필름 등)을 제조할 수 있으며, 이러한 광학필름이 표면에 부착된 3D 디스플레이 렌즈의 제조도 가능하다.

Claims (11)

  1. (a) 기판을 준비하는 단계;
    (b) 상기 기판 상에 광반응제를 도포하여 광반응층을 형성하는 단계; 및
    (c) 상기 광반응층에 편광 펄스 UV를 조사하여 광이성화, 광이량화 또는 광분해 반응을 일으켜서 광배향층을 형성하는 단계를 포함하고
    상기 편광 펄스 UV의 플래시 전압이 1kV ~ 4kV인 것을 특징으로 하는 편광 펄스 UV를 이용한 광배향 방법..
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 편광 펄스 UV는 0.1mJ/pulse ~ 500J/pulse 에너지를 갖는 것을 특징으로 하는 편광 펄스 UV를 이용한 광배향 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 편광 펄스 UV는 1Hz ~ 60Hz로 조사되는 것을 특징으로 하는 편광 펄스 UV를 이용한 광배향 방법.
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 편광 펄스 UV에 의한 노광시간이 0.1초 ~ 10.0초인 것을 특징으로 하는 편광 펄스 UV를 이용한 광배향 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 편광 펄스 UV에 의한 노광거리가 0.5cm ~ 10.0cm인 것을 특징으로 하는 편광 펄스 UV를 이용한 광배향 방법.
  7. 청구항 1 내지 3, 청구항 5 및 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 광배향막.
  8. 청구항 1 내지 3, 청구항 5 및 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 패턴드 리타더.
  9. 청구항 1 내지 3, 청구항 5 및 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 액정 디스플레이.
  10. 청구항 1 내지 3, 청구항 5 및 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 광학필름.
  11. 청구항 1 내지 3, 청구항 5 및 청구항 6 중 어느 한 항에 기재된 방법에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 3D 디스플레이 렌즈.




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