KR101396108B1 - Alignment layer for Liquid Crystal Display and Light Aligning Method thereof - Google Patents
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Abstract
본 발명은 배향막과 그 광 배향방법에 관한 것으로, 1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산 2무수물(Cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, CBDA)를 포함한 표면층과, 상기 표면층과 기판 사이에 위치하고 피로멜리틱디언하이드리드(Pyromellitic dianhydride) 또는, 사이클로헥산디언하이드리드(Cyclohexanedianhydride) 중 어느 하나를 포함한 벌크층을 포함한다. The present invention relates to an alignment layer and a method of aligning the same. More particularly, the present invention relates to an alignment layer comprising a surface layer containing 1,2,3,4-cyclobutane-tetracarboxylic dianhydride (CBDA) And a bulk layer disposed between the surface layer and the substrate and including any one of pyromellitic dianhydride or cyclohexanedianhydride.
Description
본 발명은 액정표시장치에서 액정분자들의 프리틸트를 설정하기 위한 배향막과 그 광 배향방법에 관한 것이다. The present invention relates to an alignment film for setting pre-tilt of liquid crystal molecules in a liquid crystal display and a method of aligning the alignment film.
액티브 매트릭스(Active Matrix) 구동방식의 액정표시장치는 스위칭 소자로서 박막트랜지스터(Thin Film Transistor : 이하 "TFT"라 함)를 이용하여 화상을 표시하고 있다. 이 액정표시장치는 음극선관(Cathode Ray Tube, CRT)에 비하여 소형화가 가능하여 휴대용 정보기기, 사무기기, 컴퓨터 등에서 표시기에 응용됨은 물론, 텔레비젼에도 응용되어 빠르게 음극선관을 대체하고 있다. A liquid crystal display device of an active matrix driving system displays an image using a thin film transistor (hereinafter referred to as "TFT") as a switching element. This liquid crystal display device can be downsized as compared with a cathode ray tube (CRT), and is applied to a display device in a portable information device, an office machine, a computer, etc., and is rapidly applied to a television, thereby rapidly replacing a cathode ray tube.
액정표시장치의 제조공정에서, 배향막의 제조공정은 폴리이미드 등의 유기막을 러빙포로 러빙하여 배향막을 형성한다. 이러한 러빙처리는 러빙포에 의한 오염 이 많고, 러빙에 의해 TFT, 컬러필터 등의 화소 어레이 소자들이형성된 기판에 정전기를 유발하여 소자에 데미지를 초래하고, 생산성을 떨어뜨리고 있다. In a manufacturing process of a liquid crystal display device, an alignment film is formed by rubbing an organic film such as polyimide into a rubbing cloth. Such rubbing treatment is highly contaminated by rubbing cloth, and rubbing causes static electricity to be generated on a substrate on which pixel array elements such as a TFT and a color filter are formed, causing damage to the element and deteriorating the productivity.
이러한 러빙방법의 문제를 개선하기 위하여, 비접촉 액정 배향 기술이 제안되고 있고, 그 중 하나로 광배향 처리가 알려져 있다. 광배향 처리는 투명 기판 상에 형성된 유기 배향막에 편광 자외선을 조사하여 그 유기 배향막을 구성하는 분자에 자외선의 편광 방향에 따른 화학변화를 일으키게 해 그것에 의해 유기 배향막에 액정 배향의 방향성과 프리틸트각을 설정한다. 따라서, 광배향 처리는 러빙에 의한 오염이나 화소 어레이 소자에 대한 정전 데미지를 줄일 수 있고 또한 불량율을 낮추어 생산성을 높일 수 있다. In order to solve the problem of the rubbing method, a non-contact liquid crystal alignment technique has been proposed, and a photo-alignment process is known as one of them. In the photo alignment treatment, polarized ultraviolet rays are irradiated on an organic alignment film formed on a transparent substrate to cause a chemical change according to the polarization direction of ultraviolet rays to molecules constituting the organic alignment film, thereby causing the organic alignment film to have a directionality of liquid crystal alignment and a pretilt angle Setting. Therefore, the photo-alignment treatment can reduce contamination by rubbing and electrostatic damage to the pixel array device, and also can reduce the defective rate and increase the productivity.
그런데 광배향 처리는 많은 장점에도 불구하고 실용화되지 않고 있다. 광배향 처리를 한 유기 배향막이 형성된 액정표시장치에서 동일 화상을 장시간 표시하고 그 화상의 표시를 멈추어도 표시되었던 화상의 잔상이 남는다. 이러한 현상의 원인은 광배향 처리로 인하여 유기 배향막의 화학적, 물리적 결함이 초래되었기 때문이다. 이를 도 1을 결부하여 설명하면, 기판(11) 상에 폴리이미드(Polyimide) 계열의 1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산 2무수물(Cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, CBDA)을 코팅하여 유기막(12)을 형성하고, 그 유기막에 편광 자외선(UV)을 조사하면 그 유기막의 표면 뿐만 아니라 그 아래의 벌크층(bulk)까지 UV 편광에 반응한다. CBDA는 광에 노출되면 광반응에 의해 분자 구조의 링이 깨지면서 그 구조가 변화된다. 이러한 CBDA의 화학적 변화에 의해, 유기막(12)의 표면은 배향 처리면이 되나 그 아래의 벌크층은 결함이 발생된다. 이러한 벌크층의 결함은 배향 처리면을 안정하게 지지하지 못하기 때문에 액정의 배향을 불균일하게 하고 잔상의 원인으로 작용한다. However, the photo-alignment process has not been put to practical use despite its many advantages. The same image is displayed for a long time in the liquid crystal display device having the organic alignment film subjected to the photo alignment treatment, and a residual image of the displayed image remains even if the display of the image is stopped. This phenomenon is caused by the chemical and physical defects of the organic alignment layer due to the photo alignment treatment. Referring to FIG. 1, a polyimide-based 1,2,3,4-cyclobutanetetracarboxylic dianhydride (Cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic acid dianhydride (CBDA) is coated to form an
본 발명은 상기 종래 기술의 문제점들을 해결하고자 안출된 발명으로써 광배향 처리된 유기 배향막의 벌크층을 안정화하여 광 배향처리의 신뢰성을 향상시키도록 한 액정표시장치의 배향막과 그 광 배향방법을 제공한다. The present invention provides an alignment layer of a liquid crystal display device and a method of aligning the same to stabilize a bulk layer of an organic alignment layer subjected to photo-alignment treatment to improve the reliability of the photo alignment process .
본 발명의 배향막은 1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산 2무수물(Cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, CBDA)를 포함한 표면층과, 상기 표면층과 기판 사이에 위치하고 피로멜리틱디언하이드리드(Pyromellitic dianhydride) 또는, 사이클로헥산디언하이드리드(Cyclohexanedianhydride) 중 어느 하나를 포함한 벌크층을 포함한다. The orientation film of the present invention comprises a superficial layer containing 1,2,3,4-cyclobutane-tetracarboxylic dianhydride (CBDA) and a superficial layer containing 1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride (CBDA) And a bulk layer containing any one of pyromellitic dianhydride or cyclohexanedianhydride.
본 발명의 광 배향방법은 1,2,3,4-시클로부탄테트라카르복실산 2무수물(Cyclobutane-1,2,3,4-tetracarboxylic dianhydride, CBDA)를 포함한 고감도 재료와, 피로멜리틱디언하이드리드(Pyromellitic dianhydride) 또는, 사이클로헥산디언하이드리드(Cyclohexanedianhydride) 중 어느 하나를 포함한 저감도 재료의 혼합용액을 기판 상에 코팅하는 단계; 상기 혼합용액을 건조시켜 상기 고감도 재료와 상기 저감도 재료의 층 분리를 유도하여 기판 상에 유기막을 형성하는 단계; 및 상기 유기막 상에 편광 자외선을 조사하는 단계를 포함한다, The photo-alignment method of the present invention is characterized in that a high-sensitivity material including 1,2,3,4-cyclobutane-tetracarboxylic dianhydride (CBDA), a pyromellitic dianhydride Coating a mixed solution of a low-sensitivity material containing any one of pyromellitic dianhydride and cyclohexanedianhydride on a substrate; Drying the mixed solution to induce layer separation of the high-sensitivity material and the low-sensitivity material to form an organic film on the substrate; And irradiating polarized ultraviolet light onto the organic film,
본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 배향막과 그 광 배향방법은 광분해가 쉽고 표면 에너지가 작은 고감도 재료와 상대적으로 광분해가 어렵고 표면 에너지가 큰 저감도 재료를 혼합한 다음, 그 혼합용액을 건조하는 과정에서 고감도 재료와 저감도 재료의 층분리를 유도함으로써 유기 배향막의 벌크층을 안정화하여 광 배향처리의 신뢰성을 향상시킬 수 있다. The alignment film and the photo-alignment method of the liquid crystal display according to the embodiment of the present invention are produced by mixing a high-sensitivity material which is easily photodegradable and has a small surface energy, a low-sensitivity material which is relatively difficult to be photodegraded and has a large surface energy, The layer separation of the high-sensitivity material and the low-sensitivity material is induced in the process of stabilizing the bulk layer of the organic alignment film, thereby improving the reliability of the photo-alignment process.
이하, 도 2 내지 도 7을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하기로 한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described with reference to FIGS. 2 to 7. FIG.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 배향막(22)은 광감도가 높은 표면층(22A)과, 표면층(22A)에 비하여 광감도가 낮은 벌크층(22B)을 포함한다. Referring to FIG. 5, the
표면층(22A)은 폴리이미드 계열의 재료 중에서 자외선에 노출될 때 분자구조의 링이 깨지기 쉽고 표면 에너지가 작은 광분해성 고감도 재료로 형성된다. 벌크층(22B)은 폴리이미드 계열의 재료 중에서 분자구조의 링이 안정화된 분자구조를 갖고 있어 자외선에 노출되더라도 광분해가 어렵고 표면 에너지가 큰 저감도 재료로 형성된다. The
배향막(22)에 자외선이 조사되면 표면층(22A)은 광분해가 되면서 배향처리되는 반면, 벌크층(22B)은 광분해가 미미하여 안정된 구조를 유지한다. When the
표면층(22A)의 재료는 광감도가 높은 폴리이미드 계열의 CBDA에 표면 에너지 가 작은 분자들이 결합된 재료들이다. 예를 들면, 표면층(22A)의 재료로는 도 3과 같이 광 감도가 높은 CBDA에 파라-페닐렌디아민(p-Phenylenediamine)이 결합된 사이클로부탄테트라카르복시디언하이드리드(Polyimide:[(Cyclobutanetetracarboxylic dianhydride)-alt-(1,4-aniline)]), CBDA에 디아미노디페닐메탄(4,4'-Diaminodiphenylmethane)이 결합된 사이클로부탄테트라카르복시디언하이드리드-메틸렌디아닐린(Polyimide:[(Cyclobutanetetracarboxylic dianhydride)-alt-(4,4'-methylenedianiline)]), CBDA에 아미노일라민(4'-amino[1,1'-biphenyl]-4-ylamine)이 결합된 사이클로부탄테트라카르복시디언하이드리드-바이페닐디아민(Polyimide:[(Cyclobutanetetracarboxylic dianhydride)-alt-(4,4'biphenyldiamine)]), CBDA에 옥시디아닐린(4,4'-Oxydianiline)이 결합된 사이클로부탄테트라카르복시디언하이드리드-옥시디아닐린(Polyimide:[(Cyclobutanetetracarboxylic dianhydride)-alt-(4,4'oxydianiline)]), CBDA에 디아미노벤조페논(4,4'-Diaminobenzophenone)이 결합된 사이클로부탄테트라카르복시디언하이드리드-바이페닐디아민(Polyimide:[(Cyclobutanetetracarboxylic dianhydride)-alt-(4,4'biphenyldiamine)], CBDA에 디아미노옥타플로러바이페닐(Diaminooctafluorobiphenyl)이 결합된 사이클로부탄테트라카르복시디언하이드리드-옥타플로러바이페닐디아민(Polyimide:[(Cyclobutanetetracarboxylic dianhydride)-alt-(2,2',3,3',5,5',6,6'-octafluoro-4,4'-biphenyldiamine)]), CBDA에 디아미노바이트리플로러바이페닐(Diamino-bitrifluoromethyl-biphenyl)이 결합된 사이클로부탄테트라카르복시디언하이드리드-디플로러메틸바이페 닐(Polyimide:[(Cyclobutanetetracarboxylic dianhydride)-alt-(2,2'trifluoromethyl-4,4'-biphenyl)]), CBDA에 디아미노디플로러바이페닐(Diaminodifluorobiphenyl)이 결합된 사이클로부탄테트라카르복시디언하이드리드-디플로러-바이페닐(Polyimide:[(Cyclobutanetetracarboxylic dianhydride)-alt-(2,2'-difluoro-4,4'-biphenyl)]) 중에서 선택 가능하다. The material of the
벌크층(22B)의 재료는 광감도가 낮고 표면에너지가 낮은 폴리이미드 계열 재료로 선택된다. 분자구조에서 링이 구조적으로 안정화되고 표면에너지가 낮은 폴리이미드계열의 재료로는 도 4와 같이 피로멜리틱디언하이드리드(Pyromellitic dianhydride) 또는, 도 5와 같은 사이클로헥산디언하이드리드(Cyclohexanedianhydride) 등이 있다. 도 4를 참조하면, 벌크층(22B)의 재료로는 피로멜리틱디언하이드리드(Pyromellitic dianhydride)에 파라페닐렌디아민(p-Phenylenediamine)이 결합된 피로멜리틱디언하이드리드-아닐린(Polyimide:[(pyromellitic dianhydride)-alt-(1,4-aniline)]), 피로멜리틱디언하이드리드(Pyromellitic dianhydride)에 디아미노페닐메탄(4,4'-Diaminodiphenylmethane)이 결합된 피로멜리틱디언하이드리드-메틸렌디아닐린(Polyimide:[(pyromellitic dianhydride)-alt-(4,4'-methylenedianiline)]), 피로멜리틱디언하이드리드(Pyromellitic dianhydride)에 아미노일라민(4'-amino[1,1'-biphenyl]-4-ylamine)이 결합된 피로멜리틱디언하이드리드-바이페닐디아민(Polyimide:[(pyromellitic dianhydride)-alt-(4,4'-biphenyldiamine)]), 피로멜리틱디언하이드리드(Pyromellitic dianhydride)에 옥시디아닐린(4,4'- Oxydianiline)이 결합된 피로멜리틱디언하이드리드-옥시디아닐린(Polyimide:[(pyromellitic dianhydride)-alt-(4,4'oxydianiline)]이 선택될 수 있다. 또한, 분자구조에서 링이 구조적으로 안정화되고 표면에너지가 낮은 폴리이미드계열의 재료로는 도 5와 같이 사이클로헥산디안하이드리드(Cyclohexanedianhydride)에 파라페닐렌디아민(p-Phenylenediamine)이 결합된 사이클로헥산테트라카르복시-아닐린(Polyimide:[(1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride dianhydride)-alt-(1,4-aniline)]), 사이클로헥산디안하이드리드(Cyclohexanedianhydride)에 디아미노디페닐메탄(4,4'-Diaminodiphenylmethane )이 결합된 사이클로헥산테트라카르복시-메틸렌디아닐린(Polyimide:[(1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride dianhydride)-alt-(4,4'-methylenedianiline)]), 사이클로헥산디안하이드리드(Cyclohexanedianhydride)에 아미노일라민(4'-amino[1,1'-biphenyl]-4-ylamine )이 결합된 사이클로헥산테트라카르복시-바이페닐디아민(Polyimide:[(1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride dianhydride)-alt-(4,4'-biphenyldiamine)]), 사이클로헥산디안하이드리드(Cyclohexanedianhydride)에 옥시디아닐린(4,4'-Oxydianiline)이 결합된 사이클로헥산테트라카르복시-옥시디아닐린(Polyimide:[(1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride)-alt-(4,4'-oxydianiline)])이 선택될 수 있다. The material of the
도 6은 표면층(22A)의 재료로 선택된 Polyimide:[(Cyclobutanetetracarboxylic dianhydride)-alt-(2,2'- trifluoromethyl-4,4'-biphenyl)]-co-[(Cyclobutanetetracarboxylic dianhydride)-alt-(1,4-aniline)]과, 벌크층(22B)의 재료로 선택된 Polyimide:[(1,2,4,5-cyclohexanetetracarboxylic dianhydride dianhydride)-alt-(4,4'-methylenedianiline)]-co-[(pyromellitic dianhydride)-alt-(4,4'-oxydianiline)]의 분자 구조를 보여 주는 도면이다. 6 is selected as the material of the surface layer (22A) Polyimide: [(Cyclobutanetetracarboxylic dianhydride) - alt - (2,2'- trifluoromethyl-4,4'-biphenyl)] - co - [(Cyclobutanetetracarboxylic dianhydride) - alt - (1 , 4-aniline)], and Polyimide material is selected as the bulk layer (22B): [(1,2,4,5- cyclohexanetetracarboxylic dianhydride dianhydride) - alt - (4,4'-methylenedianiline)] - co - [( pyromellitic dianhydride) - alt - (4,4'-oxydianiline).
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배향막의 광배향방법을 보여 준다.7 shows a photo-alignment method of an alignment layer according to an embodiment of the present invention.
도 7을 참조하면, 탱크 내에 표면층(22A)의 재료로 선택된 고감도 재료와 벌크층(22B)의 재료로 선택된 저감도 재료가 혼합된 용액을 저장한다. 이 탱크 내에서 고감도 재료와 저감도 재료는 임의로 섞여 있다. 이 혼합용액을 기판(21) 상에 코팅하고 대략 40℃~100℃ 정도의 온도에서 혼합용액을 건조하면, 그 건조과정에서 표면 에너지가 큰 저감도 재료는 표면 에너지가 낮은 고감도 재료 아래에 배치되어 저감도 재료와 고감도 재료의 층이 분리되며 또한, 휘발성 용매들이 증발한다. Referring to Fig. 7, a solution mixed with a high-sensitivity material selected as a material of the
이어서, 본 발명의 실시예에 따른 배향막의 광배향방법은 대략 200℃~250℃ 사이의 온도에서 층 분리된 고감도 재료와 저감도 재료를 경화시킨 후에 편광 자외선을 조사한다. 편광 자외선에 노출될 때, 표면층(22A)의 고감도 재료는 광분해되는 반면, 표면층(22A)과 기판(21) 사이의 벌크층(22B)을 이루는 저감도 재료는 광분해되지 않는다. 따라서, 벌크층(22B)은 결함이 발생되지 않으므로 구조적으로 안정한 상태를 유지하여 표면층(22A)을 지지한다. Next, in the method of photo-alignment of an alignment film according to an embodiment of the present invention, a polarized ultraviolet ray is irradiated after curing a layered high-sensitivity material and a low-sensitivity material at a temperature of about 200 ° C to 250 ° C. Sensitive material of the
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아 니하는 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.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.
도 1은 종래의 배향막에서 광분해에 의해 초래되는 벌크층의 결함을 보여 주는 단면도. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a cross-sectional view showing defects in a bulk layer caused by photodegradation in a conventional alignment film. FIG.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정표시장치의 배향막 구조를 보여 주는 단면도. 2 is a cross-sectional view showing an alignment film structure of a liquid crystal display device according to an embodiment of the present invention.
도 3은 표면층에 적용 가능한 재료의 예를 보여 주는 도면. 3 is a view showing an example of a material applicable to a surface layer;
도 4는 벌크층에 적용 가능한 재료의 예를 보여 주는 도면.Fig. 4 shows an example of a material applicable to a bulk layer. Fig.
도 5는 벌크층에 적용 가능한 재료의 다른 예를 보여 주는 도면. 5 is a view showing another example of a material applicable to a bulk layer.
도 6은 표면층의 재료와 벌크층의 재료를 보여 주는 도면. 6 is a view showing the material of the surface layer and the material of the bulk layer.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 배향막의 광 배향방법을 보여 주는 도면. 7 is a view showing a photo-alignment method of an alignment layer according to an embodiment of the present invention.
〈도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명〉Description of the Related Art
21 : 기판 22 : 배향막21: substrate 22: alignment film
22A : 표면층 22B : 벌크층22A:
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