KR102179535B1 - Method of forming alignment layer and fabrication method of liquid crystal display using the same - Google Patents
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Abstract
본 발명의 실시예는 기지정된 패턴이 일면에 형성된 폴리디메틸실록산(이하 PDMS)를 획득하는 단계, 기판 상에 도포된 UV 경화막 상에 PDMS의 패턴이 형성된 면을 접촉시키는 단계, PDMS가 접촉된 UV 경화막에 자외선을 조사하여 경화시켜 배향막을 형성하는 단계 및 배향막 상에 접촉된 PDMS를 제거하여, PDMS의 패턴에 대응하는 패턴이 형성된 배향막을 획득하는 단계를 포함하는 배향막 형성 방법을 제공할 수 있다.An embodiment of the present invention is to obtain a polydimethylsiloxane (hereinafter referred to as PDMS) having a predetermined pattern formed on one surface, contacting the surface on which the pattern of PDMS is formed on the UV cured film applied on the substrate, and contacting the PDMS. It is possible to provide a method for forming an alignment layer comprising the steps of forming an alignment layer by irradiating the UV cured layer with ultraviolet rays to cure it, and removing the PDMS in contact with the alignment layer to obtain an alignment layer having a pattern corresponding to the pattern of the PDMS. have.
Description
본 발명은 배향막 형성 방법과 이를 이용한 액정 디스플레이 제조 방법에 관한 것으로, 특히 UV 경화막의 미세패턴 전사를 이용하는 배향막 형성 방법과 이를 이용한 액정 디스플레이 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of forming an alignment layer and a method of manufacturing a liquid crystal display using the same, and more particularly, to a method of forming an alignment layer using fine pattern transfer of a UV cured layer and a method of manufacturing a liquid crystal display using the same.
액정 디스플레이(LIQUID CRYSTAL DISPLAY: LCD)를 제작하기 위해서는 액정 배향 기술을 필요로 한다. LCD는 편광판 사이에 배치된 액정(liquid crystal)에 인가전압에 따라 액정의 정렬 상태가 가변되어 광투과도가 변화하는 특성을 이용하여 입력되는 전기 신호를 시각 정보로 변화시켜 영상을 전달한다. Liquid crystal alignment technology is required to manufacture a liquid crystal display (LCD). The LCD transmits an image by converting an input electrical signal into visual information by using the characteristic of changing the light transmittance by varying the alignment state of the liquid crystal according to the applied voltage to the liquid crystal disposed between the polarizing plates.
따라서 플렉서블 및 액정 디스플레이에 있어서 균일한 액정 배향은 매우 중요한 기술이며, 액정을 배향막인 폴리이미드(Polyimide: 이하 PI) 상에 균일하게 정렬하는 배향 공정 또한 매우 중요하다.Therefore, in flexible and liquid crystal displays, uniform liquid crystal alignment is a very important technique, and an alignment process of uniformly aligning liquid crystals on polyimide (hereinafter referred to as PI), which is an alignment film, is also very important.
기존의 액정 배향 방법으로는 대표적으로 러빙(rubbing)법이 있으며, 러빙법은 PI 박막의 표면을 처리하는 방식으로 수행된다. 이는 천과 같은 러빙 재료를 이용하여 PI 박막 표면을 긁어냄으로써, 액정을 한 방향으로 배향 하는 방법으로 마이크로그루브(microgroove) 효과에 의한 액정 배향법이다.As a conventional liquid crystal alignment method, there is typically a rubbing method, and the rubbing method is performed by treating the surface of a PI thin film. This is a method of aligning liquid crystals in one direction by scraping the surface of the PI thin film using a rubbing material such as cloth, and is a liquid crystal alignment method using a microgroove effect.
그러나 러빙법은 표면을 긁어내는 공법으로 인해, 배향 공정에서 먼지가 발생하거나, 쉽게 정전기가 발생하기 때문에 배향막 표면에 먼지가 부착되어 표시 불량 발생의 원인이 된다는 문제가 있다. 특히 TFT(Thin Film Transistor) 소자를 갖는 기판의 경우에는, 발생한 정전기에 의해 TFT 소자의 회로 파괴가 발생하여, 수율 저하의 원인이 된다.However, the rubbing method has a problem in that dust is generated in the alignment process or static electricity is easily generated in the alignment process due to the method of scraping the surface, and thus dust adheres to the surface of the alignment layer, causing display defects. In particular, in the case of a substrate having a TFT (Thin Film Transistor) element, circuit breakdown of the TFT element occurs due to generated static electricity, which causes a decrease in yield.
또한, 점점 더 고정밀화되는 액정 디스플레이에서는 화소의 고밀도화에 따라 기판 표면에 요철이 생기기 때문에, 균일한 러빙 처리를 수행하기 어렵다는 문제가 있다.In addition, there is a problem in that it is difficult to perform a uniform rubbing treatment in a liquid crystal display, which is becoming more and more highly precise, because irregularities are formed on the surface of the substrate as the density of pixels increases.
한편 액정 셀에서의 액정을 배향시키는 다른 수단으로써, 기판 표면에 형성한 폴리비닐신나메이트, 폴리이미드, 아조벤젠 유도체 등의 감광성 박막에 편광 또는 비편광 자외선(Ultra Violet)를 조사하여 액정 배향능을 부여하는 광 배향법이 알려져 있다. 또한 유기 또는 무기 배향막 표면에 아르곤 이온을 조사시켜 배향하는 이온빔 배향법 등이 알려져 있다.On the other hand, as another means of aligning the liquid crystal in the liquid crystal cell, the ability to align the liquid crystal is imparted by irradiating a photosensitive thin film such as polyvinyl cinnamate, polyimide, azobenzene derivative, etc. formed on the surface of the substrate with polarized or non-polarized ultraviolet rays A photo-alignment method is known. In addition, an ion beam alignment method in which the surface of an organic or inorganic alignment layer is irradiated with argon ions for alignment is known.
그러나 상기한 방법들은 러빙법과는 달리 비접촉 방식으로써, 정전기나 먼지를 발생시키지 않고, 균일한 액정 배향을 실현할 수 있다. 하지만 대부분의 비 접촉식 배향법은 액정을 표면에 고정시키는 앵커링 에너지가 약하기 때문에 균일하고 잘 정렬된 액정배향 특성을 얻을 수가 없다는 한계가 있다.However, the above-described methods are non-contact methods, unlike the rubbing method, and do not generate static electricity or dust, and achieve uniform liquid crystal alignment. However, most of the non-contact alignment methods have a limitation in that they cannot obtain uniform and well-aligned liquid crystal alignment characteristics because the anchoring energy that fixes the liquid crystal to the surface is weak.
또한 기술의 발전 및 사용자의 요구에 의해 현재 이용되는 고휘도, 고성능, 고해상도의 디스플레이는 고온에서의 안정적인 배향 특성이 필요하다.In addition, high-brightness, high-performance, and high-resolution displays currently used due to the advancement of technology and the demands of users require stable orientation characteristics at high temperatures.
본 발명의 목적은 미세 패턴으로 균일하게 정렬된 액정을 배향할 수 있는 배향막 형성 방법과 이를 이용한 액정 디스플레이 제조 방법을 제공하는데 있다.An object of the present invention is to provide a method of forming an alignment layer capable of aligning liquid crystals uniformly aligned in a fine pattern and a method of manufacturing a liquid crystal display using the same.
본 발명의 다른 목적은 높은 열적 안정성을 갖는 배향막 형성 방법과 이를 이용한 액정 디스플레이 제조 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of forming an alignment layer having high thermal stability and a method of manufacturing a liquid crystal display using the same.
본 발명의 또 다른 목적은 정전기나 먼지를 발생시키지 않아 수율을 향상 시킬 수 있고, 빠르게 배향막을 형성할 수 있어 제조 비용을 저감할 수 있는 배향막 형성 방법과 이를 이용한 액정 디스플레이 제조 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a method of forming an alignment layer capable of reducing manufacturing cost by not generating static electricity or dust, thereby improving yield, and rapidly forming an alignment layer, and a method of manufacturing a liquid crystal display using the same.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 배향막 형성 방법은 기지정된 패턴이 일면에 형성된 폴리디메틸실록산(이하 PDMS)를 획득하는 단계; 기판 상에 도포된 UV 경화막 상에 상기 PDMS의 패턴이 형성된 면을 접촉시키는 단계; 상기 PDMS가 접촉된 상기 UV 경화막에 자외선을 조사하여 경화시켜 배향막을 형성하는 단계; 및 상기 배향막 상에 접촉된 상기 PDMS를 제거하여, 상기 PDMS의 패턴에 대응하는 패턴이 형성된 배향막을 획득하는 단계; 를 포함한다.A method for forming an alignment layer according to an exemplary embodiment of the present invention for achieving the above object includes the steps of obtaining polydimethylsiloxane (hereinafter referred to as PDMS) in which a predetermined pattern is formed on one surface; Contacting the surface on which the pattern of the PDMS is formed on the UV cured film applied on the substrate; Forming an alignment layer by irradiating and curing the UV cured layer in contact with the PDMS; And removing the PDMS in contact with the alignment layer to obtain an alignment layer on which a pattern corresponding to the pattern of the PDMS is formed. Includes.
상기 PDMS를 획득하는 단계는 상기 PDMS에 형성된 패턴에 대응하는 패턴이 일면에 형성된 패턴 마스터를 획득하는 단계; 상기 패턴 마스터에서 패턴이 형성된 면 상에 경화되지 않은 상기 PDMS를 코팅하는 단계; 상기 패턴 마스터 상에 코팅된 상기 PDMS를 진공 챔버에서 경화하는 단계; 및 경화되어 상기 패턴 마스터의 패턴에 대응하는 패턴이 형성된 상기 PDMS를 상기 패턴 마스터에서 분리하는 단계; 를 포함할 수 있다.Acquiring the PDMS may include obtaining a pattern master in which a pattern corresponding to a pattern formed on the PDMS is formed on one surface; Coating the uncured PDMS on the patterned surface of the pattern master; Curing the PDMS coated on the pattern master in a vacuum chamber; And separating from the pattern master the PDMS cured to form a pattern corresponding to the pattern of the pattern master. It may include.
상기 패턴 마스터를 획득하는 단계는 실리콘 웨이퍼 상에 레이저 간섭 리소그래피 공정을 통해 패턴을 형성하여 상기 패턴 마스터를 획득할 수 있다.In the step of obtaining the pattern master, the pattern master may be obtained by forming a pattern on a silicon wafer through a laser interference lithography process.
상기 배향막에 형성된 패턴은 수십 nm 내지 수백 nm 간격으로 홈과 돌출부가 반복되는 패턴일 수 있다.The pattern formed on the alignment layer may be a pattern in which grooves and protrusions are repeated at intervals of tens to hundreds of nm.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 따른 액정 디스플레이 제조 방법은 제1 및 제2 기판 각각의 일면에 배향막을 형성하는 단계; 상기 배향막이 형성된 일면이 대향하도록 하여 상기 제1 및 제2 기판을 기지정된 간격만큼 이격하여 합착하는 단계; 상기 제1 및 제2 기판 사이에 액정을 주입하여 액정층을 형성하는 단계; 상기 제1 및 제2 기판의 타면에 제1 및 제2 편광판을 결합하여 디스플레이 패널을 형성하는 단계; 및 상기 디스플레이 패널의 일면에 백라이트 유닛을 결합하는 단계; 를 포함한다.A method of manufacturing a liquid crystal display according to another exemplary embodiment of the present invention for achieving the above object includes forming an alignment layer on one surface of each of the first and second substrates; Bonding the first and second substrates apart by a predetermined distance so that the one surface on which the alignment layer is formed face each other; Injecting liquid crystal between the first and second substrates to form a liquid crystal layer; Forming a display panel by combining first and second polarizing plates on the other surfaces of the first and second substrates; And coupling a backlight unit to one surface of the display panel. Includes.
상기 배향막을 형성하는 단계는 기지정된 패턴이 일면에 형성된 폴리디메틸실록산(이하 PDMS)를 획득하는 단계; 상기 제1 및 제2 기판의 일면에 도포된 UV 경화막 상에 상기 PDMS의 패턴이 형성된 면을 접촉시키는 단계; 상기 PDMS가 접촉된 상기 UV 경화막에 자외선을 조사하여 경화시켜 배향막을 형성하는 단계; 및 상기 배향막 상에 접촉된 상기 PDMS를 제거하여, 상기 PDMS의 패턴에 대응하는 패턴이 형성된 배향막을 획득하는 단계; 를 포함한다.The forming of the alignment layer may include obtaining polydimethylsiloxane (hereinafter referred to as PDMS) in which a predetermined pattern is formed on one surface; Contacting the surface on which the pattern of the PDMS is formed on the UV cured film applied to one surface of the first and second substrates; Forming an alignment layer by irradiating and curing the UV cured layer in contact with the PDMS; And removing the PDMS in contact with the alignment layer to obtain an alignment layer in which a pattern corresponding to the pattern of the PDMS is formed. Includes.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 배향막 형성 방법과 이를 이용한 액정 디스플레이 제조 방법은 레이저 간섭 리소그래피 공정에 의해 미세패터닝된 패턴 마스터를 PDMS에 전사하고, PDMS를 다시 배양막인 UV 경화막 상에 전사하는 방식을 이용하여, 액정을 균일하게 배향할 수 있으며, 정전기나 먼지를 발생시키지 않아 수율을 향상 시키고, 신속하게 제작할 수 있어 제조 비용을 저감할 수 있다. 그러므로 고휘도 고해상도의 액정 디스플레이를 제조할 수 있도록 한다. 또한 높은 열적 안정성을 갖는 액정 디스플레이를 제공할 수 있다.Therefore, the alignment layer forming method and the liquid crystal display manufacturing method using the same according to an embodiment of the present invention transfer the pattern master micropatterned by a laser interference lithography process to PDMS, and transfer the PDMS back onto the UV cured layer, which is a culture layer. By using the method, it is possible to uniformly align the liquid crystal, improve the yield by not generating static electricity or dust, and reduce the manufacturing cost because it can be produced quickly. Therefore, it is possible to manufacture a high-brightness, high-resolution liquid crystal display. It is also possible to provide a liquid crystal display having high thermal stability.
도1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 디스플레이를 위한 배향막 형성 방법을 나타낸다.
도2 는 도1 의 패턴 마스터 제조 방법의 일예를 나타낸다.
도3 은 도1 의 배향막 형성 방법에 따라 형성된 UV 경화막과 배향막의 패턴을 나타낸 도면이다.
도4 는 도1 의 배향막 형성 방법에 따라 형성된 배향막에 의해 정렬되는 액정의 배향 특성을 나타낸다.
도5 는 본 발명의 실시예에 따른 배향막을 이용하는 액정 디스플레이의 구조 및 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도6 은 본 발명의 실시예에 따른 액정 디스플레이의 열적 특성을 나타낸다.1 shows a method of forming an alignment layer for a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention.
2 shows an example of a method of manufacturing a pattern master of FIG. 1.
3 is a view showing a pattern of a UV cured film and an alignment film formed according to the method of forming the alignment layer of FIG. 1.
4 illustrates alignment characteristics of liquid crystals aligned by an alignment layer formed according to the alignment layer forming method of FIG. 1.
5 is a view for explaining the structure and manufacturing method of a liquid crystal display using an alignment layer according to an embodiment of the present invention.
6 shows thermal characteristics of a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다. In order to fully understand the present invention, the operational advantages of the present invention, and the objects achieved by the implementation of the present invention, reference should be made to the accompanying drawings illustrating preferred embodiments of the present invention and the contents described in the accompanying drawings.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다. Hereinafter, the present invention will be described in detail by describing a preferred embodiment of the present invention with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be implemented in various different forms, and is not limited to the described embodiments. Further, in order to clearly describe the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same reference numerals in the drawings indicate the same members.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "...기", "모듈", "블록" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어나 소프트웨어 또는 하드웨어 및 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. Throughout the specification, when a part "includes" a certain component, it means that other components may be further included, rather than excluding other components unless specifically stated to the contrary. In addition, terms such as "... unit", "... group", "module", and "block" described in the specification mean a unit that processes at least one function or operation, which is hardware, software, or hardware. And software.
도1 은 본 발명의 일 실시예에 따른 액정 디스플레이를 위한 배향막 형성 방법을 나타내고, 도2 는 도1 의 패턴 마스터 제조 방법의 일예를 나타낸다.1 shows a method of forming an alignment layer for a liquid crystal display according to an embodiment of the present invention, and FIG. 2 shows an example of a method of manufacturing a pattern master of FIG. 1.
도1 을 참조하면, 본 실시예에 따른 배향막 형성 방법은 (a) 내지 (h) 단계에 따라 수행될 수 있다.Referring to FIG. 1, the method of forming an alignment layer according to the present embodiment may be performed according to steps (a) to (h).
우선 (a)단계는 패턴 마스터(110)를 획득하는 단계이다. 여기서 패턴 마스터(110)는 일면에 기지정된 패턴이 형성되어 배향막에 액정을 정렬 시키기 위한 패턴이 형성되는 몰드(mold)로서 이용된다.First, step (a) is a step of acquiring the
상기한 바와 같이, 기존의 러빙법은 천과 같은 러빙 재료를 이용하여 배향막인 PI 박막 표면을 긁어내어 패턴을 배향막에 직접 형성하기 때문에, 패턴의 균일성을 보장하기 어려우며, 배향 공정에서 먼지가 발생하거나, 쉽게 정전기가 발생하기 때문에 배향막 표면에 먼지가 부착되어 표시 불량 발생의 원인이 된다는 문제가 있었다.As described above, since the conventional rubbing method scrapes the surface of the PI thin film as an alignment layer using a rubbing material such as cloth to form the pattern directly on the alignment layer, it is difficult to ensure the uniformity of the pattern, and dust is generated in the alignment process. Or, since static electricity is easily generated, there is a problem that dust adheres to the surface of the alignment layer and causes display defects.
이러한 문제를 방지하기 위해, 본 실시예의 배향막 형성 방법에서는 기지정된 패턴이 형성된 별도의 패턴 마스터(110)를 준비한다. 여기서 패턴 마스터(110)는 일예로 상면에 일정한 주기로 홈과 돌출부가 반복되도록 패터닝된 실리콘 웨이퍼(Si wafer)로 구현될 수 있다.In order to prevent this problem, in the method of forming an alignment layer according to the present embodiment, a
도2 를 참조하면, 패턴 마스터(110)는 실리콘 웨이퍼 상에 레이저 간섭 리소그래피(Laser interference lithography: LIL) 공정을 통해 제작될 수 있다.Referring to FIG. 2, the
레이저 간섭 리소그래피는 마스크/몰드가 불필요하고, 대면적의 균일한 패턴 제작이 가능하며, 장비의 낮은 비용과 높은 생산성, 다양한 기판을 사용할 수 있을 뿐만 아니라, 공정의 단순함과 빠른 공정시간으로 인해 제조 비용을 저감할 수 있다는 장점이 있다. 특히, 레이저 간섭 리소그래피는 나노 사이즈의 미세 패턴을 형성하기 용이하다.Laser interference lithography does not require a mask/mold, enables large-area uniform pattern production, low cost of equipment, high productivity, and various substrates, as well as manufacturing cost due to the simplicity of the process and fast processing time. There is an advantage that can be reduced. In particular, laser interference lithography is easy to form nano-sized fine patterns.
즉 본 발명의 패턴 마스터(110)는 레이저 간섭 리소그래피 공정에 의해 패턴이 형성되며, 여기서 패턴은 홈과 돌출부 반복되는 주기가 일예로 수십 nm ~ 수백 nm인 나노 패턴으로 형성될 수 있다.That is, in the
레이저 간섭 리소그래피 공정은 크게 마흐젠더 간섭계를 이용하는 방식과 로이드 미러 간섭계를 이용하는 방식으로 구별된다. 로이드 미러 간섭계는 스테이지를 회전시킴으로 쉽게 입사각을 조절할 수 있는 장점이 있다. 이에 본 실시예에서는 패턴 마스터(110)가 일예로 로이드 미러 간섭계(Lloyd's mirror interferometer)를 이용하는 레이저 간섭 리소그래피 공정으로 획득되는 것으로 가정한다.The laser interference lithography process is largely divided into a method using a Mach-Zender interferometer and a method using a Lloyd mirror interferometer. Lloyd's mirror interferometer has the advantage of being able to easily adjust the angle of incidence by rotating the stage. Accordingly, in this embodiment, it is assumed that the
도2 에 도시된 바와 같이, 레이저는 일예로 257nm 의 파장을 갖는 아르곤 이온(Ar-Ion) 레이저가 이용될 수 있다. 그리고 레이저에서 방출되는 빔은 공간 필터(spatial filter)에 의해 필터링되어 스테이지로 입사된다.As shown in FIG. 2, as an example, an argon ion (Ar-Ion) laser having a wavelength of 257 nm may be used as the laser. Further, the beam emitted from the laser is filtered by a spatial filter and incident on the stage.
공간 필터는 렌즈(Lens)와 핀홀(Pinhole)을 포함하고, 렌즈는 레이저를 집중시켜 핀홀에 초점을 맞추고, 핀홀은 렌즈에 의해 발생하는 수차를 제거한다.The spatial filter includes a lens and a pinhole, the lens focuses a laser to focus on the pinhole, and the pinhole removes aberration caused by the lens.
스테이지는 로이드 미러와 실리콘 웨이퍼가 기설정된 각도를 갖도록 배치되고, 회전 가능하다. 스테이지는 로이드 미러의 반사 각도를 조절하기 위해 회전하며, 로이드 미러는 입사되는 광을 실리콘 웨이퍼로 반사함으로써, 실리콘 웨이퍼로 입사되는 광에 간섭한다.The stage is arranged so that the Lloyd mirror and the silicon wafer have a predetermined angle, and is rotatable. The stage rotates to adjust the reflection angle of the Lloyd mirror, and the Lloyd mirror interferes with the light incident on the silicon wafer by reflecting the incident light onto the silicon wafer.
즉 로이드 미러에서 반사되는 광과 실리콘 웨이퍼로 입사되는 광이 경로에 따른 거리 차에 의해 서로 간섭하여 간섭 패턴이 형성되며, 이때 패턴은 나노 구조의 패턴으로 형성될 수 있다.That is, the light reflected from the Lloyd mirror and the light incident on the silicon wafer interfere with each other due to a distance difference according to a path to form an interference pattern. In this case, the pattern may be formed as a nano-structured pattern.
이때 스테이지는 로이드 미러의 각도를 제어하여 간섭 간격 주기(Pitch)를 조절할 수 있으며, 실리콘 웨이퍼에는 수십~수백 나노미터의 패턴이 형성될 수 있다.At this time, the stage may control the angle of the Lloyd's mirror to adjust the pitch of the interference interval, and a pattern of tens to several hundred nanometers may be formed on the silicon wafer.
즉 도1 에 도시된 패턴 마스터(110)는 레이저 간섭 리소그래피 공정에 의해 나노 사이즈의 미세 패턴이 형성된 실리콘 웨이퍼로 구현되어 획득될 수 있다.That is, the
다시 도1 을 참조하면, (a) 단계에서 나노 사이즈의 미세 패턴이 일면에 형성된 패턴 마스터(110)가 획득되면, (b) 단계에서는 패턴 마스터(110)의 패턴이 형성된 면 상에 폴리디메틸실록산(Polydimethysiloxane: 이하 PDMS)(120)을 코팅한다. PDMS는 스핀-코팅(Spin-coating), 롤 코팅, 슬릿 코팅, 잉크젯 코팅 등 다양한 방법을 통하여, 패턴 마스터(110)에서 패턴이 형성된 면 상에 코팅될 수 있다. 이때 PDMS는 이후 패턴 마스터(110)에서 분리될 것을 고려하여 충분한 두께를 갖도록 코팅될 수 있다.Referring back to FIG. 1, when a
그리고 (c) 단계에서와 같이, 코팅된 PDMS를 경화시킨다. PDMS(120)의 경화는 진공 챔버에서 공기를 제거하며 경화하며, 이때 PDMS는 일예로 실온(예를 들면 25℃) 환경에서 1시간 동안 경화될 수 있다.And as in step (c), the coated PDMS is cured. The curing of the
PDMS(120)는 유연성을 갖는 투명한 탄성 중합체로서 패턴 마스터(110)의 상대적으로 넓은 영역에 안정적으로 점착할 수 있을 수 있다. 그리고 계면 자유 에너지(interfacial free energy)가 낮아 다른 중합체에 대한 몰드로 이용될 때, 접착이 잘 일어나지 않아 분리가 용이하다. 또한 내구성이 매우 강하여 반복적으로 재사용될 수 있다는 장점이 있다.The
이에 미세 패턴이 형성된 패턴 마스터(110) 상에서 경화된 PDMS(120)에는 (c)에서와 같이, 패턴 마스터(110)의 패턴이 반전사된 형태의 패턴이 형성된다.Accordingly, a pattern in which the pattern of the
그리고 (d) 단계에서 반전사 패턴이 형성된 PDMS(120)을 패턴 마스터(110)로부터 분리한다. 상기한 바와 같이, PDMS(120)는 유연성을 가지고, 계면 자유 에너지가 낮아 용이하게 분리될 수 있다.In step (d), the
한편 (e) 단계에서는 기판(130) 상에 자외선에 의해 경화 될 수 있는 자외선 경화 중합체(UV curable polymer)가 도포되어 UV 경화막(140)이 형성된다. 여기서 기판(130)은 일예로 유리 기판일 수 있다. 그리고 UV 경화막(140)은 자외선 경화 중합체가 기판(130) 상에 스핀-코팅, 롤 코팅, 슬릿 코팅, 잉크젯 코팅 등 의 방법으로 코팅되어 형성될 수도 있다.Meanwhile, in step (e), a UV curable polymer that can be cured by ultraviolet rays is applied on the
그리고 기판(130) 상에 도포된 UV 경화막(140)의 상부면에 패턴이 형성된 PDMS(120)가 배치된다. 이때 PDMS(120)는 패턴이 형성된 면이 UV 경화막(140)에 직접 접촉되도록 배치됨으로써, PDMS(120)의 패턴이 UV 경화막(140)에 임프린트된다.In addition, a
경화되기 이전의 UV 경화막(140)은 PDMS와 같은 연성 물질이므로, PDMS(120)에 형성된 패턴은 UV 경화막(140)에 반전 전사된다. PDMS(120)에 형성된 패턴은 패턴 마스터(110)의 패턴이 반전 전사되어 형성되고, UV 경화막(150)의 패턴은 PDMS(120)의 패턴이 다시 반전 전사되어 형성되므로, 결과적으로 UV 경화막(150)의 패턴은 패턴 마스터(110)의 패턴이 전사된 패턴으로 형성된다.Since the UV cured
(f) 단계에서는 기판(130) 상의 UV 경화막(140)과 PDMS(120)에 자외선(UV)이 조사된다. PDMS(120)가 투명한 재질이므로, 조사된 자외선(UV)는 PDMS(120)를 통해 UV 경화막(140)으로 조사되며, UV 경화막(140)은 PDMS(120)의 패턴이 반전 전사된 상태에서 경화되어 배향막(150)으로 형성된다.In step (f), ultraviolet (UV) rays are irradiated to the UV cured
이후 (g) 단계에서, UV 경화막(140)이 경화되어 미세 패턴이 형성된 배향막(150)이 형성되면, PDMS(120)을 배향막(150)으로부터 분리시키고, 결과적으로 (e)와 같은 배향막을 획득할 수 있다.Thereafter, in step (g), when the UV cured
PDMS(120)는 유연성과 뛰어난 내구성을 갖고 있어 대면적 패턴 전사에 유용할 뿐만 아니라, 점착성이 약하므로 반복적으로 재사용할 수 있다는 장점이 있다. 즉 저비용으로 용이하게 배향막(150)을 형성할 수 있다.The
그리고 배향막(150)에 의해 정렬되는 액정은 수평 배향 특성을 갖게 된다.In addition, liquid crystals aligned by the
도3 은 도1 의 배향막 형성 방법에 따라 형성된 UV 경화막과 배향막의 패턴을 나타낸 도면이다.3 is a view showing a pattern of a UV cured film and an alignment film formed according to the method of forming the alignment layer of FIG. 1.
도3 에서 (a)는 PDMS(120)의 패턴이 전사되어 경화된 UV 경화막(140)의 패턴을 원자간력현미경(atomic force microscope: 이하 AFM) 으로 관측한 이미지이고, (b)는 패턴 마스터(110)의 패턴이 전사된 PDMS(120)의 패턴을 AFM으로 관측한 이미지이다.In FIG. 3 (a) is an image obtained by observing the pattern of the UV cured
도3 의 (a) 및 (b)를 비교하면, (a)의 UV 경화막(140)의 패턴은 비록 홈과 돌출부 사이의 폭이 (b)의 PDMS(120)의 패턴에 비해 줄어 들었으나, 패턴의 형상은 그대로 유지되어 전사되었음을 알 수 있다. 특히 패턴이 매우 균일하게 형성되면서도, 패턴의 홈과 돌출부 사이의 폭이 러빙법이나 기존의 다른 방식에 비해 매우 크게 형성되며, 입사된 광이 측면으로 새어 나가지 않도록 할 수 있다. 즉 수십 나노 레벨의 미세 패턴이 매우 정밀하고 균일하게 형성할 수 있다.Comparing (a) and (b) of Fig. 3, the pattern of the UV cured
도4 는 도1 의 배향막 형성 방법에 따라 형성된 배향막에 의해 정렬되는 액정의 배향 특성을 나타낸다.4 illustrates alignment characteristics of liquid crystals aligned by an alignment layer formed according to the alignment layer forming method of FIG. 1.
도4 는 도1 의 배향막 형성 방법에 따라 형성된 배향막에 대해 광의 입사각에 따른 투과율을 나타낸 것으로, 푸른색 라인은 기존의 러빙 법에 의해 형성된 배향막의 투과율을 나타내고, 붉은색 라인은 본 실시예에 의해 형성된 배향막의 투과율을 나타낸다.4 shows the transmittance of the alignment layer formed according to the method of forming the alignment layer of FIG. 1 according to the incident angle of light, the blue line represents the transmittance of the alignment layer formed by the conventional rubbing method, and the red line is according to the present embodiment. It shows the transmittance of the formed alignment film.
도4 에 나타난 바와 같이, 본 실시예에 따라 형성되는 배향막은 미세패턴의 홈과 돌출부가 매우 정밀하고 균일하게 형성되어, 광을 특정 방향으로 집중 시킬 수 있다. 즉 빛샘을 방지하여 투과율을 향상 시킬 수 있다.As shown in FIG. 4, in the alignment layer formed according to the present embodiment, the grooves and protrusions of the fine pattern are formed very precisely and uniformly, so that light can be concentrated in a specific direction. That is, light leakage can be prevented and transmittance can be improved.
도5 는 본 발명의 실시예에 따른 배향막을 이용하는 액정 디스플레이의 구조 및 제조 방법을 설명하기 위한 도면이다.5 is a view for explaining the structure and manufacturing method of a liquid crystal display using an alignment layer according to an embodiment of the present invention.
도5 를 참조하면, 액정 디스플레이는 액정 디스플레이 패널(200)과 액정 디스플레이 패널(100)로 광을 제공하는 백라이트 유닛(300)을 포함한다.Referring to FIG. 5, the liquid crystal display includes a liquid
그리고 액정 디스플레이 패널(200)은 제1 기판(210), 제2 기판(212), 제1 배향막(214), 제2 배향막(216), 액정층(218), 제1 편광판(220) 및 제2 편광판(222)을 포함할 수 있다.In addition, the liquid
도5 의 액정 디스플레이 패널(200)의 제조 방법을 설명하면, 우선 제1 기판(210) 및 제2 기판(212) 상에 각각 제1 배향막(214) 및 제2 배향막(216)이 형성된다. 여기서 제1 배향막(214) 및 제2 배향막(216)은 도1 의 (e) 내지 (h) 단계에 따라 형성될 수 있다.Referring to the method of manufacturing the liquid
즉 제1 기판(210) 및 제2 기판(212) 상에 자외선 경화 중합체가 도포되어 UV 경화막(140)이 형성되고, 형성된 UV 경화막(140) 상에 패턴이 형성된 PDMS(120)이 배치되어 전사된 이후 UV를 조사하여 경화시킴으로써, 제1 배향막(214) 및 제2 배향막(216)이 형성될 수 있다.That is, the UV curing polymer is applied on the
그리고 제1 배향막(214) 및 제2 배향막(216)이 형성된 제1 기판(210) 및 제2 기판(212)을 액정층(218)을 사이에 두고 제1 배향막(214) 및 제2 배향막(216)이 서로 대향하는 방향으로 합착한다. 이때 액정층(218)은 미리 지정된 간격을 두고 이격되어 합착된 제1 기판(210) 및 제2 기판(212) 사이에 주입되어 형성될 수 있다.In addition, the first and
한편, 제1 기판(210) 및 제2 기판(212)에서 제1 배향막(214) 및 제2 배향막(216)이 형성된 면의 반대면에 제1 편광판(220) 및 제2 편광판(222)을 결합한다. 이때, 제1 편광판(220) 및 제2 편광판(222)은 각각 대응하는 배향막(214, 216)의 액정 배향 방향에 대응하는 편광 방향을 갖도록 결합될 수 있다.Meanwhile, in the first and
또한 도시하지 않았으나, 제1 기판(210) 및 제2 기판(212)에는 액정층(218)의 액정을 액정 셀로 구분하고, 액정 셀을 구동하기 위한 화소 전극과 공통 전극 등이 형성될 수 있다. 화소 전극과 공통 전극은 투명 도전성 물질인 ITO(Indium Tin Oxide) 등으로 형성될 수 있다.Also, although not shown, the liquid crystal of the
그리고 제1 기판(210) 또는 제2 기판(212)과 제1 배향막(214) 과 제2 배향막(216)의 사이에는 액정 셀의 색상을 결정하기 위한 컬러 필터 층과 각 액정 셀에서 투과되는 빛이 인접 셀로 새어나가지 않게 차단하는 블랙 매트릭스 층이 더 형성될 수 있다.In addition, between the
액정 디스플레이 패널이 제조되면, 액정 디스플레이 패널(100)에 백라이트 유닛(300)이 결합되어 액정 디스플레이가 제조된다.When a liquid crystal display panel is manufactured, the
도6 는 본 발명의 실시예에 따른 액정 디스플레이의 열적 특성을 나타낸다.6 shows thermal characteristics of a liquid crystal display according to an exemplary embodiment of the present invention.
도6 에서는 본 발명의 실시예에 따라 형성된 배향막을 이용한 액정 디스플레이의 열적 특성을 도시한 것으로서, 100℃ ~ 200℃까지 변화되는 온도에서 액정 디스플레이의 액정의 정렬 상태를 나타낸다.6 illustrates the thermal characteristics of a liquid crystal display using an alignment layer formed according to an exemplary embodiment of the present invention, and shows the alignment of liquid crystals of the liquid crystal display at a temperature varying from 100°C to 200°C.
기존의 러빙법을 이용하는 액정 디스플레이의 경우, 120℃까지의 열적 안정성을 나타내는데 반해, 도6 에 도시된 본 실시예에 따른 배향막을 이용한 액정 디스플레이는 180℃까지 액정이 균일하게 정렬되어 있음을 알 수 있다. 즉 180℃의 고온에서도 열적 안정성을 유지할 수 있다.In the case of a liquid crystal display using the conventional rubbing method, it can be seen that the liquid crystals are uniformly aligned up to 180°C, while the liquid crystal display using the alignment layer according to the present embodiment shown in FIG. 6 exhibits thermal stability up to 120°C. have. That is, thermal stability can be maintained even at a high temperature of 180°C.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.The present invention has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, but these are merely exemplary, and those of ordinary skill in the art will appreciate that various modifications and other equivalent embodiments are possible therefrom.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
110: 패턴 마스터 120: 폴리디메틸실록산(PDMS)
130: 기판 140: 광 경화막
150: 배향막 200: 액정 디스플레이 패널
210, 212: 제1, 제2 기판 214: 액정층
216, 218: 제1, 제2 배향막 220, 222: 제1, 제2 편광판
300: 백라이트 유닛110: pattern master 120: polydimethylsiloxane (PDMS)
130: substrate 140: photocured film
150: alignment layer 200: liquid crystal display panel
210, 212: first and second substrates 214: liquid crystal layer
216, 218: first and second alignment layers 220, 222: first and second polarizing plates
300: backlight unit
Claims (8)
기판 상에 도포된 연성 물질의 UV 경화막 상에 상기 PDMS의 패턴이 상기 연성 물질의 UV 경화막에 반전 전사되도록 상기 PDMS 패턴이 형성된 면을 접촉시키는 단계;
상기 PDMS가 접촉된 상기 연성 물질의 UV 경화막에 자외선을 조사하여 경화시켜 배향막을 형성하는 단계; 및
상기 배향막 상에 접촉된 상기 PDMS를 제거하여, 상기 PDMS의 패턴에 대응하는 패턴이 형성된 배향막을 획득하는 단계; 를 포함하고,
상기 PDMS를 획득하는 단계는
상기 PDMS에 형성된 패턴에 대응하는 패턴이 일면에 형성된 패턴 마스터를 획득하는 단계;
상기 패턴 마스터에서 패턴이 형성된 면 상에 경화되지 않은 상기 PDMS를 코팅하는 단계;
상기 패턴 마스터 상에 코팅된 상기 PDMS를 진공 챔버에서 경화하는 단계; 및
경화되어 상기 패턴 마스터의 패턴에 대응하는 패턴이 형성된 상기 PDMS를 상기 패턴 마스터에서 분리하는 단계; 를 포함하는 배향막 형성 방법.Obtaining polydimethylsiloxane (hereinafter referred to as PDMS) in which a predetermined pattern is formed on one surface;
Contacting the surface on which the PDMS pattern is formed so that the pattern of the PDMS is reversely transferred to the UV cured film of the soft material on the UV cured film of the soft material applied on the substrate;
Forming an alignment layer by irradiating and curing the UV cured layer of the flexible material in contact with the PDMS; And
Removing the PDMS in contact with the alignment layer to obtain an alignment layer in which a pattern corresponding to the pattern of the PDMS is formed; Including,
The step of obtaining the PDMS
Obtaining a pattern master in which a pattern corresponding to the pattern formed on the PDMS is formed on one surface;
Coating the uncured PDMS on the patterned surface of the pattern master;
Curing the PDMS coated on the pattern master in a vacuum chamber; And
Separating from the pattern master the PDMS, which is cured to form a pattern corresponding to the pattern of the pattern master; Alignment film forming method comprising a.
실리콘 웨이퍼 상에 레이저 간섭 리소그래피(Laser interference lithography) 공정을 통해 패턴을 형성하여 상기 패턴 마스터를 획득하는 배향막 형성 방법.The method of claim 1, wherein obtaining the pattern master comprises:
A method of forming an alignment layer to obtain the pattern master by forming a pattern on a silicon wafer through a laser interference lithography process.
수십 nm 내지 수백 nm 간격으로 홈과 돌출부가 반복되는 패턴인 배향막 형성 방법.The method of claim 1, wherein the pattern formed on the alignment layer is
A method of forming an alignment layer in which grooves and protrusions are repeated at intervals of several tens to several hundreds of nm.
상기 배향막이 형성된 일면이 대향하도록 하여 상기 제1 및 제2 기판을 기지정된 간격만큼 이격하여 합착하는 단계;
상기 제1 및 제2 기판 사이에 액정을 주입하여 액정층을 형성하는 단계;
상기 제1 및 제2 기판의 타면에 제1 및 제2 편광판을 결합하여 디스플레이 패널을 형성하는 단계; 및
상기 디스플레이 패널의 일면에 백라이트 유닛을 결합하는 단계; 를 포함하고,
상기 배향막을 형성하는 단계는
기지정된 패턴이 일면에 형성된 폴리디메틸실록산(이하 PDMS)를 획득하는 단계;
상기 제1 및 제2 기판의 일면에 도포된 연성 물질의 UV 경화막 상에 상기 PDMS의 패턴이 상기 연성 물질의 UV 경화막에 반전 전사되도록 상기 PDMS 패턴이 형성된 면을 접촉시키는 단계;
상기 PDMS가 접촉된 상기 연성 물질의 UV 경화막에 자외선을 조사하여 경화시켜 배향막을 형성하는 단계; 및
상기 배향막 상에 접촉된 상기 PDMS를 제거하여, 상기 PDMS의 패턴에 대응하는 패턴이 형성된 배향막을 획득하는 단계; 를 포함하고,
상기 PDMS를 획득하는 단계는
상기 PDMS에 형성된 패턴에 대응하는 패턴이 일면에 형성된 패턴 마스터를 획득하는 단계;
상기 패턴 마스터에서 패턴이 형성된 면 상에 경화되지 않은 상기 PDMS를 코팅하는 단계;
상기 패턴 마스터 상에 코팅된 상기 PDMS를 진공 챔버에서 경화하는 단계; 및
경화되어 상기 패턴 마스터의 패턴에 대응하는 패턴이 형성된 상기 PDMS를 상기 패턴 마스터에서 분리하는 단계; 를 포함하는 액정 디스플레이 제조 방법.Forming an alignment layer on one surface of each of the first and second substrates;
Bonding the first and second substrates apart by a predetermined distance so that the one surface on which the alignment layer is formed face each other;
Injecting liquid crystal between the first and second substrates to form a liquid crystal layer;
Forming a display panel by combining first and second polarizing plates on the other surfaces of the first and second substrates; And
Coupling a backlight unit to one surface of the display panel; Including,
Forming the alignment layer
Obtaining polydimethylsiloxane (hereinafter referred to as PDMS) in which a predetermined pattern is formed on one surface;
Contacting the surface on which the PDMS pattern is formed so that the pattern of the PDMS is reversely transferred to the UV cured film of the flexible material on the UV cured film of the soft material applied to one surface of the first and second substrates;
Forming an alignment layer by irradiating and curing the UV cured layer of the flexible material in contact with the PDMS; And
Removing the PDMS in contact with the alignment layer to obtain an alignment layer in which a pattern corresponding to the pattern of the PDMS is formed; Including,
The step of obtaining the PDMS
Obtaining a pattern master in which a pattern corresponding to the pattern formed on the PDMS is formed on one surface;
Coating the uncured PDMS on the patterned surface of the pattern master;
Curing the PDMS coated on the pattern master in a vacuum chamber; And
Separating from the pattern master the PDMS, which is cured to form a pattern corresponding to the pattern of the pattern master; Liquid crystal display manufacturing method comprising a.
실리콘 웨이퍼 상에 레이저 간섭 리소그래피(Laser interference lithography) 공정을 통해 패턴을 형성하여 상기 패턴 마스터를 획득하는 액정 디스플레이 제조 방법.The method of claim 5, wherein obtaining the pattern master comprises:
A method of manufacturing a liquid crystal display for obtaining the pattern master by forming a pattern on a silicon wafer through a laser interference lithography process.
수십 nm 내지 수백 nm 간격으로 홈과 돌출부가 반복되는 패턴인 액정 디스플레이 제조 방법.The method of claim 5, wherein the pattern formed on the alignment layer is
A method of manufacturing a liquid crystal display in which grooves and protrusions are repeated at intervals of several tens to hundreds of nm.
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Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant |