KR101906842B1 - 배향막 형성방법 - Google Patents

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Abstract

실시 예에 따른 배향막 형성방법은, 기판상에 배향막 원료액을 인쇄하는 배향막 인쇄단계; 상기 배향막 원료액을 경화시키는 배향막 경화단계; 상기 경화된 배향막에 자외선을 조사하여 광 배향물질을 생성하는 배향단계; 및 상기 광 배향물질에 에너지를 가하는 배향막 어닐링 단계를 포함한다.

Description

배향막 형성방법{Method of forming an alignment layer}
실시 예는 배향막 형성방법에 관한 것이다.
정보를 표시하기 위한 다양한 표시장치들이 개발되고 있다. 표시장치는, 예컨대 액정표시장치(liquid crystal display device), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel device), 전기 영동 표시장치(electrophoretic display device), 유기 전계 발광 표시장치(organic electro-luminescence display device) 및 반도체 발광표시장치(semiconductor light-emitting display device)를 포함한다. 이 중에서 액정표시장치는 경박단소, 고휘도 풀컬러 및 대형화의 장점을 가지므로, 표시장치 중의 주류로 각광받고 있다.
상기 액정표시장치는 대향하는 두 기판 사이에 광학적 이방성을 가진 액정 층을 주입하고 상기 두 기판에서 인가되는 전계에 따른 액정 층의 변위에 의해 광투과율을 조절하여 화상을 표시한다.
상기 두 기판에는 배향막이 형성된다. 상기 배향막에 의해 액정 층은 일정방향으로 초기배열을 가질 수 있고, 이로 인해 액정 층의 변위를 조절하여 화상을 표시할 수 있다. 상기 배향막의 러빙공정에 의해 상기 액정 층은 일정방향으로 초기배열을 가질 수 있다.
도 1은 종래의 배향막 러빙공정을 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면 종래 배향막 러빙공정은 배향막(113)이 도포 된 기판(110)을 준비한다.
상기 기판(110)상에 러빙장치(120)를 이용하여 상기 기판(110)상의 배향막(113)을 러빙한다.
상기 러빙장치(120)는 원통형태의 러빙롤(121)과 상기 러빙롤(121)의 외주 면에 부착된 러빙포(123)를 포함할 수 있다.
상기 러빙장치(120)를 이용한 배향막 러빙공정을 수행하기 위해서, 상기 배향막(113)이 형성된 기판(110)을 상기 러빙장치(120)에 접촉시킨 후 구동모터(미도시)를 이용하여 상기 러빙장치(120)를 회전시켜 상기 배향막(113)의 표면에 홈을 남긴다. 다시 말해, 상기 구동모터(미도시)의 회전동력이 상기 러빙롤(121)을 통해 상기 러빙포(123)로 전달되어 상기 러빙포(123) 및 상기 배향막(113)의 접촉으로 상기 배향막(113)의 표면에 홈을 형성한다.
균일한 디스플레이 특성을 갖도록 하기 위해서는 넓은 면적에 균일한 홈을 형성하는 것이 중요하며 이는 배향막 표면을 러빙포로 균일한 압력과 속도로 마찰시켜 배향막 표면의 고분자 사슬을 일정방향으로 정렬시킴으로써 가능하다.
상기 고분자 사슬이 일정방향으로 정렬되면 이에 따라 액정분자들도 일정하게 배열된다.
다만, 상기 어레이 기판(110)의 경우 표면에 다수의 전극(111)을 포함하고, 상기 다수의 전극(111)에 의한 단차가 발생한다. 상기 단차가 발생하는 영역은 상기 러빙장치(120)의 상기 러빙포(123)가 접촉되지 않아 배향막이 러빙되지 않고 액정은 무질서한 방향으로 배열된다. 특히 IPS모드의 액정표시장치의 경우 어레이 기판상에 많은 전극이 형성되므로 많은 단차가 발생하여 액정이 무질서하게 배열된 부분이 많아진다.
상기 액정이 무질서하게 배열된 부분에서는 빛의 투과가 제어되지않아서 빛 샘이 발생하는 문제가 있고, 이에 따라 명암비(CR, contrast ratio)가 떨어져 화상품질이 저하되는 문제점이 있다.
실시 예는 잔상개선효과가 있는 액정표시장치의 배향막 제조방법을 제공한다.
실시 예는 명암비를 높일 수 있는 액정표시장치의 배향막 제조방법을 제공한다.
실시 예에 따른 배향막 형성방법은, 기판상에 배향막 원료액을 인쇄하는 배향막 인쇄단계; 상기 배향막 원료액을 경화시키는 배향막 경화단계; 상기 경화된 배향막에 자외선을 조사하여 광 배향물질을 생성하는 배향단계; 및 상기 광 배향물질에 에너지를 가하는 배향막 어닐링 단계를 포함한다.
실시 예는 배향막 어닐링을 통해 액정표시장치의 잔상을 개선한다.
실시 예는 배향막 어닐링을 통해 액정표시장치의 명암비를 높인다.
도 1은 종래의 배향막 러빙공정을 나타내는 단면도이다.
도 2는 제1 실시 예에 따른 액정표시장치의 셀공정을 나타내는 공정 순서도이다.
도 3은 제1 실시 예에 따른 액정표시장치의 UV조사를 통한 배향장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 제2 실시 예에 따른 액정표시장치의 셀 공정을 나타낸 공정 순서도이다.
도 5는 제2 실시 예에 따른 액정표시장치의 UV조사를 통한 어닐링 장치를 나타낸 도면이다.
도 6은 배향 및 어닐링 방법에 따른 명암비를 나타낸 도면이다.
도 7은 제1 및 제2 실시 예에 의해 제조된 액정표시장치의 잔상 정도를 나타낸 표이다.
실시 예에 따른 배향막 형성방법은, 기판상에 배향막 원료액을 인쇄하는 배향막 인쇄단계; 상기 배향막 원료액을 경화시키는 배향막 경화단계; 상기 경화된 배향막에 자외선을 조사하여 광 배향물질을 생성하는 배향단계; 및 상기 광 배향물질에 에너지를 가하는 배향막 어닐링 단계를 포함한다.
상기 배향막 원료액은
Figure 112011065135365-pat00001
을 포함한다.
상기 배향단계는,
Figure 112011065135365-pat00002
일 수 있다.
상기 배향막 어닐링 단계에서 배향막에 가하는 에너지는 자외선일 수 있다.
상기 자외선은 특정파장의 빛만 투과시키는 필터를 통해 상기 배향막에 조사할 수 있다.
상기 특정파장은 240nm 내지 280nm 사이의 파장일 수 있다.
상기 자외선은 0.1J/㎠ 내지 3.0J/㎠의 에너지를 가질 수 있다.
상기 식에서 R은
Figure 112011065135365-pat00003
일 수 있다.
도 2는 제1 실시 예에 따른 액정표시장치의 셀 공정을 나타내는 공정 순서도이다.
도 2를 참조하면, 제1 실시 예에 따른 액정표시장치의 셀 공정은 여러 패턴들이 형성된 두 기판상의 이물질을 제거하기 위한 기판세정공정(S100)을 실시한다.
상기 두 기판은 컬러필터 층이 형성된 컬러필터기판 및 게이트 배선 및 데이터 배선에 의해 정의된 각 화소 영역에 박막 트랜지스터 및 화소 전극이 형성된 어레이 기판을 포함한다.
상기 기판세정공정(S100) 이후, 배향막 원료액을 인쇄하는 배향막 인쇄공정(S101)을 실시한다. 상기 배향막 인쇄공정(S101)은 고무판 인쇄, 잉크젯 인쇄, 디핑법, 스프레이 법 및 스핀코팅의 방법으로 UV배향 재료를 도포할 수 있다.
상기 배향막 인쇄공정(S101)에서는 하기의 화학식 1과 같은 재료를 도포할 수 있다.
Figure 112011065135365-pat00004
상기 식에서 R는 하기의 화학식 2로 표시될 수 있다.
Figure 112011065135365-pat00005
상기 배향막 인쇄공정(S101) 이후에 상기 인쇄된 배향막 원료액에 열을 가하여 경화시키는 배향막 경화공정(S102)을 실시한다.
상기 배향막 경화공정(S102)은 하기의 화학식 3으로 표시될 수 있다.
Figure 112011065135365-pat00006
상기 화학식 3과 같이 상기 배향막 원료액은 상기 배향막 경화공정(S102)을 통해 아민기(-NH) 및 히드록시기(OH-)가 반응하여 탈수반응을 일으킬 수 있다.
상기 화학식 3에 의한 상기 배향막 경화공정(S102)에 의해 광반응기가 포함된 폴리이미드 수지 등의 고분자 재질의 광배향 물질이 생성된다. 상기 광반응기의 예를 들면 사이클로 부탄 디언하이드라이드(Cyclobutan dianhydride,이하 CBDA)가 있다.
상기 배향막 경화 공정(S102)은 200℃ 이상의 오븐 또는 열판에서 10분 이상의 가열을 통해 경화시킬 수 있다.
상기 배향막 경화공정(S102) 이후에 배향막 배향공정을(S103) 실시한다.
상기 배향막 배향공정(S103)에는 랭뮤어-블로짓(Langmuir-Blodgett) 필름을 이용하는 방법, UV 조사를 이용한 방법, 이산화규소의 사방증착을 이용한 방법, 포토리소그래피로 형성된 마이크로-그루브(micro-groove)를 이용하는 방법 또는 이온 빔(ion beam) 조사를 이용하는 방법이 있는데 제1 실시 예에 따른 액정표시장치의 셀 공정에서는 UV 조사를 이용한 방법을 통한 배향한다. 상기 UV조사를 통한 배향은 후술하기로 한다.
이후 상기 컬러필터기판의 가장자리에 상기 컬러필터기판 및 상기 어레이 기판을 합착하기 위한 실 패턴(seal pattern)을 액정주입구를 제외한 나머지 영역에 형성하고 상기 어레이 기판에 스페이서(spacer)를 산포한다. (S104) 상기 스페이서는 볼 형태 또는 컬럼 형태일 수 있다. 상기 볼 스페이서는 상기 어레이 기판에 산포될 수도 있고, 블랙매트릭스 영역에 형성될 수도 있다.
상기 실패턴 형성 및 스페이서 산포공정(S104)이 끝난 상기 어레이 기판 및 상기 컬러필터기판을 합착하는 기판합착공정(S105)을 진행한다. 상기 기판합착공정(S105)은 키 얼라인에 의한 정렬을 통해 합착할 수 있다.
상기 합착된 두 기판 사이에 액정을 주입하고 액정이 흘러나오지 않도록 액정주입구를 봉지하는 액정주입 및 봉지공정(S106)을 완료하여 액정표시장치의 셀 공정을 완료한다.
도 3은 제1 실시 예에 따른 액정표시장치의 UV조사를 통한 배향장치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면 제1 실시 예에 따른 액정표시장치의 UV조사를 통한 배향장치는 배향을 위한 스테이지(1)가 제공된다. 상기 스테이지(1) 상에는 제1 배향막(7)이 위치한다. 상기 제1 배향막(7)은 배향막 경화공정이 완료된 배향막 일 수 있다. 상기 제1 배향막(7)은 배향막 경화공정에 의해 경화된 CBDA를 포함할 수 있다.
상기 CBDA는 하기의 화학식 4으로 표시될 수 있다.
Figure 112011065135365-pat00007
상기 화학식 4의 R은 상기 화학식 2로 표시될 수 있다.
상기 스테이지(1) 상부에 배향용 UV(3)가 위치한다. 상기 배향용 UV(3)는 자외선인 것을 특징으로 한다. 상기 배향용 UV(3)는 가시광선 또는 적외선으로 구성될 수도 있으나 상기 CBDA의 광분해와 관련한 반응에 적절한 에너지를 공급할 수 있는 자외선이 바람직하다.
상기 배향용 UV(3)의 조사에너지는 0.5J/㎠ 내지 3.0J/㎠일 수 있다.
상기 배향용 UV(3) 및 상기 스테이지(1) 사이에는 편광자(5)가 배치될 수 있다. 상기 편광자(5)는 한 방향의 광을 투과시키고 나머지 광을 흡수하는 역할을 한다. 상기 편광자(5)에 의해 상기 배향용 UV(3)로부터 발생된 광의 일정방향만 투과되어 상기 제1 배향막(7)의 CBDA가 일정한 방향성을 가지도록 결합 또는 절단된다.
상기 편광된 광에 의한 CBDA의 반응과정은 하기의 화학식 5와 같다.
Figure 112011065135365-pat00008
상기 화학식 5의 R은 상기 화학식 2로 표시될 수 있다.
상기 CBDA는 상기 편광된 광에 의해 분해반응 및 산화반응이 일어난다.
상기 분해반응에 의해 화학식 5에 도시된 바와 같이 말레이미드(maleimide, A)가 생성된다. 상기 분해반응은 240nm 내지 280nm의 광파장에 의해 반응될 수 있다. 있다. 상기 말레이미드(A)는 방향성이 없이 무작위로 배열되나 실제로 배향에 영향을 미치지 않는다. 즉, 한쪽 방향으로 편광된 광에 의해 상기 편광에 수직 된 방향의 CBDA만 반응 없이 잔존하고, 나머지 방향으로 배열되어 있는 CBDA는 분해 및 산화반응이 일어난다. 반응 후 한 방향으로 배열된 CBDA에 의해 이후 주입될 액정 층이 배향된다.
상기 산화반응에 의해 화학식 5에 도시된 산화물(B)이 생성될 수 있다.
상기 산화반응은 광 파장이 240nm미만 또는 313nm초과일 때 반응될 수 있다. 상기 산화물(B)은 반응성이 강한 히드록시기(-OH)를 포함하므로 다른 물질과 결합하거나 또는 액정분자에 영향을 미쳐 액정표시장치의 잔상을 악화시키는 문제가 있다.
도 4는 제2 실시 예에 따른 액정표시장치의 셀 공정을 나타낸 공정 순서도이다.
도 4를 참조하면 제2 실시 예에 따른 액정표시장치의 셀 공정은 기판 세정공정(S200), 배향막 인쇄공정(S201), 배향막 경화공정(S202), 배향막 배향공정(S203), 배향막 어닐링 공정(S204), 실 패턴형성 및 스페이서 산포공정(S205), 기판합착공정(S206) 및 액정 주입 및 봉지 공정(S207)이 순차적으로 진행된다.
제2 실시 예에 따른 액정표시장치의 셀 공정은 상기 배향막 배향공정(S203) 및 상기 실 패턴 형성 및 스페이서 산포공정(S205) 사이에 상기 배향막 어닐링 공정(S204)이 추가되는 것을 제외하고는 동일하다.
따라서 제2 실시 예의 설명에 있어서 제1 실시 예와 공통되는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
상기 배향막 어닐링 공정(S204)은 상기 배향막 배향공정(S203)이 완료된 배향막에 광을 조사하여 행할 수 있다.
상기 배향막 어닐링 공정(S204)은 상기 배향막 배향공정(S203)이 완료됨과 동시에 진행할 수 있다. 또는 상기 배향막 어닐링 공정(S204)은 상기 배향막 배향공정(S203)이 완료된 후 일정시간이 지난 뒤 진행할 수 있다. 다시 말해 상기 배향막 배향공정(S203) 및 상기 배향막 어닐링 공정(S204)은 연속적일 수도 있고, 단속적일 수도 있다.
도 5는 제2 실시 예에 따른 액정표시장치의 UV조사를 통한 어닐링 장치를 나타낸 도면이다.
도 5를 참조하면 제2 실시 예에 따른 액정표시장치의 UV조사를 통한 어닐링 장치는 어닐링을 위한 스테이지(51)가 제공된다. 상기 스테이지 상에는 제2 배향막(57)이 위치한다. 상기 제2 배향막(57)은 배향공정이 완료된 배향막일 수 있다. 상기 제2 배향막(57)은 화학식 5로 생성된 말레이미드(A) 및 산화물(B)을 포함할 수 있다.
상기 스테이지(51) 상부에 어닐링 UV(53)가 위치한다. 상기 어닐링 UV(53)는 자외선인 것을 특징으로 한다.
상기 어닐링 UV(53)의 조사에너지는 0.1J/㎠ 내지 3.0J/㎠일 수 있다.
상기 어닐링 UV(53) 및 상기 스테이지(51) 사이에 필터(55)가 배치될 수 있다.
상기 필터(55)는 일정범위 내의 파장을 투과시키고 나머지 파장은 반사 또는 흡수시킬 수 있다. 상기 필터(55)는 220nm 내지 300nm에 해당하는 파장을 투과시킬 수 있다. 바람직하게는 상기 필터(55)는 240nm 내지 280nm에 해당하는 파장을 가진 빛을 투과시킬 수 있다.
상기 일정파장의 빛이 상기 제2 배향막(57)에 조사되면 상기 제2 배향막(57)에서는 화학식 5의 산화반응에 대한 역반응이 일어날 수 있다. 상기 일정파장의 빛이 상기 제2 배향막(57)에 조사되면 상기 제2 배향막(57)의 산화물(B)이 CBDA로 환원 될 수 있다. 또한, CBDA로 환원된 산화물(B)이 분해되어 말레이미드(A)를 생성할 수 있다. 또한, 산화물(B)이 CBDA로 환원되는 중간과정 없이 말레이미드(A)를 생성할 수 있다.
상기 산화물(B)이 CBDA로 환원되거나 말레이미드(A)로 변환되므로 인해 상기 제2 배향막(57)에는 상기 산화물(B)의 양이 줄어든다. 상기 산화물(B)이 줄어들어 다른 물질과 결합하거나 액정분자에 영향을 미치는 물질이 없어져 액정표시장치에 잔상개선 효과가 생긴다.
도 6은 배향 및 어닐링 방법에 따른 명암비를 나타낸 도면이다.
도 6a는 배향방법에 따른 명함 비를 나타낸 표이고, 도 6b는 제1 및 제2 실시 예에 따른 명암비의 분포를 나타낸 그래프이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면 평균 CR(contrast ratio)를 나타낸다. 상기 평균 CR은 블랙화상일 때의 휘도에 대한 화이트 화상의 휘도의 비를 나타낸다.
러빙 배향의 경우 1000:1의 평균 CR이 나타난다.
광 배향의 경우 어닐링의 유무에 따라 어닐링을 실시하지 않은 제1 실시 예와 어닐링을 실시한 제2 실시 예로 구분하여 평균 CR을 측정하였다.
상기 제1 실시 예에 따른 평균 CR은 1270:1로 상기 러빙 배향보다 대폭 상승하였다.
상기 제2 실시 예에 따른 평균 CR은 1310:1로 상기 러빙 배향보다 높고 상기 제1 실시 예보다 높은 평균 CR이 측정되었다.
상기 제1 및 제2 실시 예의 CR분포를 그래프로 나타내면 제2 실시 예의 평균 CR이 높고 분포가 제1 실시 예보다 좁게 배치되어 제2 실시 예에 따른 셀 공정을 통해 편차가 적고 CR이 높은 액정표시장치를 얻을 수 있다.
상기 광 배향이 러빙 배향보다 CR이 높은 이유는 단차부에 의한 빛샘현상이 일어나는 러빙 배향과는 달리 광 배향의 경우에는 단차부에 의한 영향이 없기 때문이다.
상기 제2 실시 예가 상기 제1 실시 예보다 평균 CR이 높고 CR분포의 편차가 없는 이유는 어닐링을 통해 액정분자의 변위에 영향을 미치는 산화물을 환원 또는 변환시켰기 때문이다.
도 7은 제1 및 제2 실시 예에 의해 제조된 액정표시장치의 잔상 정도를 나타낸 표이다.
도 7을 참조하면 제1 및 제2 실시 예에 의해 제조된 액정표시장치의 잔상 정도가 수치로 표기되어 있다. 잔상의 경우 수치로 표현할 방법이 없고, 표준화된 측정방법이 없는 바 일정조건을 고정하고 동일한 척도로 제1 및 제2 실시 예의 잔상을 평가하도록 한다.
상기 제1 및 제2 실시 예는 공통하여 화상 전체에 체스무늬를 1시간 동안 표시하였다. 이후 중간 계조로 화상을 출력하게 하여 상기 체스무늬가 남아 있는지에 대해 평가하였다.
평가기준은 1 내지 5로 나누고 잔상이 없을 때를 1, 잔상이 확연히 드러날 때를 5로 하여 잔상을 평가하였다.
상기 제1 실시 예의 경우 중간 계조 직후에는 3 정도의 잔상이 나타나고 중간계조 화상이 표시한 후 5분에서 10분 지날 때까지 2 정도의 잔상이 나타나고 30분 이후에서는 1이 나타나므로 잔상이 사라졌다. 즉 제1 실시 예의 경우 30분 후에 잔상이 사라지는 것을 알 수 있다.
상기 제2 실시 예의 경우 중간 계조로 변화 직후부터 1이 나타나므로 잔상이 사라졌다. 제2 실시 예는 제1 실시 예에 비해 어닐링 공정이 추가된 것으로 어닐링 고정을 통해 액정분자의 변위에 영향을 미치는 산화물을 환원 또는 변환시켜 잔상이 개선됨을 자료로 확인할 수 있다.
1, 53: 스테이지 3: 배향용 UV
5: 편광자 7: 제1 배향막
57: 제2 배향막 113: 배향막
53: 어닐링 UV 55: 필터
110: 기판 111: 전극
120: 러빙장치 121: 러빙롤
123: 러빙포

Claims (9)

  1. 기판상에 배향막 원료액을 인쇄하는 배향막 인쇄단계;
    상기 배향막 원료액을 경화시키는 배향막 경화단계;
    상기 경화된 배향막에 자외선을 조사하여 광 배향물질을 생성하는 배향단계; 및
    상기 광 배향물질에 에너지를 가하는 배향막 어닐링 단계를 포함하고,
    상기 배향막 어닐링 단계에서 배향막에 가하는 에너지는 특정파장의 빛만 투과시키는 필터를 통해 상기 배향막에 조사하는 자외선이고,
    상기 특정파장은 240nm 내지 280nm 사이의 파장이고,
    상기 배향막 원료액은 하기 화학식 1로 표시되는 화합물을 포함하고,
    [화학식 1]
    Figure 112018051457667-pat00021

    상기 경화된 배향막은 하기 화학식 4로 표시되는, 사이클로 부탄 디언하이드라이드(Cyclobutan dianhydride, CBDA)의 광반응기가 포함된 폴리이미드 수지를 포함하고,
    [화학식 4]
    Figure 112018051457667-pat00022

    상기 배향단계에서 조사된 자외선에 의해, 하기 화학식 5로 표시되는, CBDA의 분해반응 및 산화반응이 일어나고,
    [화학식 5]
    Figure 112018051457667-pat00023

    상기 화학식 5에서,
    A는 상기 CBDA의 상기 분해반응에 의해 생성되는 말레이미드를 나타내고,
    B는 상기 CBDA의 상기 산화반응에 의해 생성되는 산화물을 나타내고,
    상기 배향막 어닐링 단계에서, 상기 필터를 통해 상기 특정 파장을 갖는 자외선에 의해, 상기 화학식 5의 상기 산화반응에 대한 역반응이 일어나거나, 또는 상기 산화물이 CBDA로 환원되는 중간과정 없이 상기 말레이미드를 생성하고,
    상기 화학식 1, 화학식 4 및 화학식 5에서,
    R은
    Figure 112018051457667-pat00024
    인 배향막 형성방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배향막 어닐링 단계에서 상기 배향막에 가하는 상기 자외선은 0.1J/㎠ 내지 3.0J/㎠의 에너지를 가지는 배향막 형성방법.
  9. 삭제
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